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Vorrichtung zur Lagerung des Zapfens
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einer Arbeitswalze in einer Metallband-Zugrichtmaschine Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Begradigen bzw. Richten
(levelling) eines Metallbands, in welcher ein Metallband zum Begradigen wiederholt
gebogen bzw.
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ausgelenkt und einer seine Streckfestigkeit ausreichend übersteigenden
Dehnung unterworfen wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung
zur Lagerung des Zapfens einer Arbeitswalze bei einer derartigen Zugrichtmaschine.
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Eine bisherige Vorrichtung zur Lagerung des Zapfens einer Arbeitswalze
umfaßt im wesentlichen eine koaxial auf den Zapfen der Arbeitswalze aufgesetzte,
hohlzylindrische Hülse sowie ein Druck- und ein Radialkugellager, die
beide
zur drehbaren Lagerung des Zapfens in der Hülse festgelegt sind. Bei der Drehung
der Arbeitswalze mit hoher Drehzahl neigen dabei die Kugeln des Drucklagers dazu,
unter der Fliehkraft aus ihren gekrümmten Laufbahnen herausgetrieben zu werden,
so daß sich die Betriebslebensdauer des Lagers verkürzt. Darüber hinaus wird die
Schub- oder Druckbelastung in Axialrichtung nicht gleichmäßig übertragen, so daß
sich Schwingung der Arbeitswalze ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Vorrichtung
zur Lagerung des Zapfens einer Arbeitswalze in einer Zugrichtmaschine (tension leveller)
für Metallband in der Weise, daß eine stabile, schwingungsfreie Drehung der Arbeitswalze
sowie eine lange Betriebslebensdauer des Lagers gewährleistet werden.
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Diese Vorrichtung soll dabei zur Erleichterung von Inspektion und
Wartung in einfacher Weise vom Arbeitswalzen-Hals abbaubar und an ihm anbringbar
sein.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Lagerung des Zapfens
einer Arbeitswalze in einer Metallband-Zugrichtmaschine, bei welcher das freie Ende
des Arbeitswalzenzapfens durch die Druck- oder Widerlagerfläche einer Halterung
über eine hohlzylindrische Hülse abgestützt ist, die unter Zwischenfügung von Druck-
und Radialkugellagern auf den Arbeitswalzenzapfen aufgesetzt ist, erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das eine Ende der Hülse koaxial zum Zapfen der Arbeitswalze
abziehbar auf diesen Zapfen aufgesetzt ist, daß sich eine Drucklager-Achse koaxial
durch die Hülse erstreckt und
in zwei Radialkugellagern gelagert
ist, die mit Axialabstand voneinander innerhalb der Hülse angeordnet sind, wobei
das Außenende der Drucklager-Achse über das Außenende der Hülse hinausragt, daß
sich das Innenende der Drucklager-Achse an einem in der Hülse festgelegten Druckkugellager
abstützt, daß in der Hülse eine Vorbelastungs-Druckfeder angeordnet ist, welche
die Drucklager-Achse gegen das Druckkugellager andrückt, und daß sich das Außenende
der Drucklager-Achse an der Druck- oder Widerlagerfläche der Halterung abstützt.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im
Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung, in deren Figuren
einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind,
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung mehrerer
Walzen in einer Zugrichtmaschine für Metallband, Fig. 2 eine Darstellung der Walzenanordnung
in Querrichtung, Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teil-Längsschnitt
durch eine bisherige Vorrichtung zur Lagerung des Zapfens einer Arbeitswalze, Fig.
4 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer Lagervorrichtung für den Zapfen einer Arbeitswalze
mit Merkmalen nach der Erfindung und Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen
einer Nennbelastung und einer tatsächlichen Schub-oder
Druckbelastung eines bei der bisherigen bzw.
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bei der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung vorgesehenen Druckkugellagers
einerseits und dem Temperaturanstieg des Druckkugellagers andererseits unter Zugrundelegung
der Drehzahl der Arbeitswalze als Parameter.
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Vor der näheren Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sei im folgenden zunächst anhand der Fig. 1 bis 3 eine bisherige Metallband-Zugrichtmaschine
beschrieben, um die Probleme, deren Ausschaltung die Erfindung bezweckt, zu verdeutlichen.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Zugrichtmaschine eine nicht dargestellte Spannvorrichtung,
z.B. in Form von Spannwalzen (bridle rolls), zur Ausübung einer Zugkraft auf ein
zu begradigendes Metallband 1, mehrere einander mit Versatz paarweise gegenüberstehende
Arbeitswalzen 2 sowie Stützwalzen 3 für die Arbeitswalzen 2 auf. Beim Durchlauf
durch die Zugrichtmaschine wird das Metallband 1 gestreckt bzw. gedehnt und wiederholt
gebogen, d.h. ausgelenkt, so daß es einwandfrei begradigt wird.
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Jede Arbeitswalze 2 ist an beiden Enden jeweils in einer axialen Lagereinheit
gelagert, die gemäß Fig. 3 aus einem Radialkugellager 5 und einem Druckkugellager
6, die zwischen einer Stufe 2' und einem in der Nähe des Zapfenendes auf den Arbeitswalzen-Zapfen
aufgesetzten Sicherungsrings 4 als Widerlager auf dem Zapfen der Arbeitswalze 2
montiert sind, einem zwischen die beiden Lager 5 und 6 eingefügten Abstandstück
7, einer drehbar auf die Lager 5, 6 aufgesetzten Hülse
8 sowie einer
an der Innenseite des Drucklagers 6 auf den Walzenzapfen aufgeschobenen öldichtung
9 besteht. Im Raum zwischen der Hülse 8 und der öldichtung 9 ist ein Schmierfett
vorgesehen. Im Betrieb nimmt das Drucklager 6 eine Schub-bzw. (axiale) Druckbelastung
auf, und die Hülse 8 ist in einer Halterung 11 mit einer Druckaufnahmefläche 10
festgelegt.
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Wenn sich die Bandrichtgeschwindigkeit erhqht, d.h. wenn die Arbeitswalzen
mit Drehzahlen in der Größenordnung von 10 000/min umlaufen, ist die Fliehkraft
bestrebt, die Kugeln 6' des Drucklagers 6 aus ihren bogenförmigen Laufbahnen herauszutreiben,
was zu einer Verkürzung der Betriebslebensdauer des Drucklagers 6 führt. Da zudem
die Hülse 8 nur durch ein einziges Radialkugellager 5 gelagert ist, wirkt die Druckbelastung
in Axialrichtung nicht stabil bzw. gleichmäßig ein, so daß die Lagerung des Walzenzapfens
instabil wird und infolgedes#sen Schwingung auftritt.
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Die Erfindung wurde nun mit dem Ziel der Ausschaltung dieser und anderer
Probleme bei den bisherigen Zugrichtmaschinen entwickelt. Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach Fig. 4 ist eine hohlzylindrische Hülse 8a abziehbar auf den Zapfen
einer Arbeitswalze 2 aufgesetzt. Eine sich koaxial zur Hülse 8a erstreckende Drucklager-Achse
12 ist durch zwei auf Axialabstand stehende Radialkugellager 5 drehbar gelagert.
Zwischen das Innenende der Drucklager-Achse 12 und den Zapfen der Arbeitswalze 2
ist ein Druckkugellager 6 in der Weise eingesetzt, daß seine Seitenflächen an einer
Stufe 8a' der Hülse 8a und einem Flansch 12' der Drucklager-Achse 12 anliegen. Das
innere
Radiallager 5 stützt sich ebenfalls an diesem Flansch 12'
ab, während sich das andere Radiallager 5 über eine Öldichtung 9a an einem Sicherungsring
13 abstützt, der in der Nähe des Außenendes der Hülse 8a eine Widerlagerschulter
bildet. Beide Radiallager 5 werden durch eine zwischen ihnen um die Achse 12 herumgelegte
Schrauben-Druckfeder 14 mit einer zweckmäßigen Kraft gegen den Flansch 121 bzw.
den inneren Sicherungsring 14 angepreßt. Das Außenende der Achse 12 ragt über das
Außenende der Hülse 8a hinaus und wird bewegbar von einer Halterung 11 mit Drucklager-
bzw.
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Widerlagerfläche 10 getragen. Das Innere der Hülse 8a ist mit einem
durch die öldichtung 9a abgedichteten Schmierfett für die Lager 5 und 6 gefüllt.
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Bei einer Erhöhung der Band-Richtgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl
der Arbeitswalzen 2 ist die Fliehkraft, wie erwähnt, bestrebt, die Kugeln 6' des
Drucklagers 6 aus ihren Laufbahnen (radial) herauszutreiben, doch wird dieser Tendenz
durch die Druckkraft der zwischen den Radiallagern 5 angeordneten Druckfeder 14
entgegengewirkt, sofern deren Kraft zweckmäßig gewählt ist. Falls die Druckfeder
14 jedoch eine übermäßig große Druckbelastung auf das Drucklager 6 ausübt, wird
dessen Betriebslebensdauer hierdurch beeinträchtigt. Infolgedessen muß die optimale,
auf das Drucklager 6 einwirkende Druck (vorbelastungs) -kraft durch theoretische
Berechnung oder anderweitig zweckmäßig bestimmt werden.
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Die Betriebslebensdauererwartung des Drucklagers läßt sich anhand
der mittels Versuchen gewonnenen Temperaturkennlinien für das Lager gemäß Fig. 5
bestimmen. Im allgemeinen
erreicht ein Druckkugellager seine End-
bzw. Sättigungstemperatur etwa 10 min nach dem Anlaufen, und zwar unabhängig von
der jeweiligen Drehzahl. Die Sättigungstemperatur ist daher auf der Ordinate aufgetragen,
während die Beziehung zwischen einer Nennbelastung (rated load) und einer Schub-
oder Druckbelastung in logarithmischem Maßstab auf der Abszisse aufgetragen ist.
Die Kennlinien A gemäß Fig. 5 stehen dabei für die bisherigen Walzenzapfen-Lagervorrichtung
der in Fig. 3 dargestellten Art, während die Kennlinien B für die Erfindung gelten;
die betreffenden Walzendrehzahlen betragen in diesem Fall 10 000/min bzw. 5000/min.
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Es ist klar erkennbar, daß das Drucklager bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine erheblich niedrigere Sättigungs- bzw.
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Höchsttemperatur besitzt als das Drucklager in der bisherigen Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß sind zwei auf Axialabstand stehende Radialkugellager
5 zur Lagerung der Hülse 8a vorgesehen, so daß die Schub- oder Druckbelastung einwandfrei
stabil bzw. gleichmäßig in Axialrichtung der Arbeitsweise wirkt und somit Schwingung
und Geräuschentwicklung unterdrückt werden.
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Darüber hinaus werden Ausbau und Einbau der Hülse 8a an der Arbeitswalze
2 im Vergleich zur bisherigen Vorrichtung wesentlich erleichtert, so daß die für
Wartungs- und Prüfarbeiten erforderliche Zeit stark verkürzt werden kann.
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Im allgemeinen bestehen die Laufflächen bzw. -ringe von Druckkugellagern
aus Stahl; im Fall von für hohe Drehzahlen vorgesehenen Druckkugellagern können
diese Laufflächen bzw.
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-ringe zur Verbesserung der Betriebslebensdauer jedoch aus Kupferlegierungen
oder oberflächenbehandelten Aluminiumlegierungen bestehen.
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Bevorzugt beträgt das Volumen des in die Hülse 8a eingefüllten Schmierfetts
1/2 - 1/3 des Innenvolumens der Hülse 8a.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit das Richten bzw.
Begradigen eines Metallbands mit hoher Geschwindigkeit bei wesentlicher Vereinfachung
von Inspektion und Wartung, so daß die Aufgabe der Erfindung voll und ganz gelöst
wird.
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