DE3607729C3 - Wälzlagerung, für Arbeitswalzen in Hochgeschwindigkeitswalzwerken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlagerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Wälzlagerung der angegebenen Gat­ tung ist das Schrägwälzlager als ein zweiseitig wirken­ des Axialrillenkugellager ausgebildet, dessen Laufringe in der Bohrung des Walzwerkgestelles bzw. auf dem Zap­ fen der Arbeitswalze radial und axial festgesetzt sind (DE-AS 16 25 610). Die Kugeln dieses Axialrillenkugel­ lagers werden am Umfang ungleichmäßig belastet, wenn sich der Zapfen bei Momentbelastungen im Betrieb wegen des unvermeidlichen Laufspiels der beiden Zylinderrol­ lenlager etwas schiefstellt. Außerdem können sich die Kugeln bei hoher Drehgeschwindigkeit der Arbeitswalze infolge Fliehkrafteinwirkung aus ihren Laufbahnrillen heraus bewegen und radial nach außen verlagern. Bei der bekannten Wälzlagerung besteht deshalb die Gefahr, daß die Kugeln des Axialrillenkugellagers infolge Verklem­ mung und Überbelastung vorzeitig ausfallen.

Bei einer weiteren bekannten Wälzlagerung ist zwischen zwei Zylinderrollenlagern ein zweireihiges Schrägkugel­ lager zur Aufnahme von Axialbelastungen nach beiden Richtungen eingebaut (DE-AS 22 47 983). Zwischen den Außenringen der beiden Zylinderrollenlager muß hier zu­ sätzlich noch eine Distanzhülse eingepaßt werden, wel­ che radial über den Außenringen des Schrägkugellagers angeordnet ist. Die Herstellung und Montage der Wälzla­ gerung ist deshalb relativ teuer. Hinzu kommt, daß das Schrägkugellager zwei Kugelreihen aufweist, deren Kraft­ wirkungslinien radial nach innen gegenseitig auseinander gehen. Bei kleinen Schiefstellungen des Zapfens im Be­ trieb nehmen diese Kugeln ein Teil der Momentbelastung des Zapfens der Arbeitswalze auf und werden stellenwei­ se am Umfang radial belastet. Diese zusätzliche radiale Belastung des Schrägkugellagers ist besonders schädlich, wenn es sich um eine Wälzlagerung für den Zapfen von schnell laufenden, hochbelasteten Arbeitswalzen in Walz­ werken handelt.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt dem­ gegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlagerung für Arbeitswalzen in Hochgeschwindigkeitswalzwerken der ge­ nannten Gattung zu schaffen, welche äußerst hohe Bela­ stungen in radialer und axialer Richtung auch dann noch zuläßt, wenn im Betrieb kleine Schiefstellungen des Zap­ fens der Arbeitswalze relativ zur Bohrung des Walzwerk­ gestelles auftreten. Die Wälzlagerung soll überdies kom­ pakt gebaut und beim Walzenwechsel soll das Walzwerkge­ stell zusammen mit den zugehörigen Wälzlagern vom Zapfen leicht abgezogen werden können.

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß kleine Schiefstellungen des Zapfens in der Bohrung des Walzwerkgestelles, welche aufgrund unvermeidlichen ra­ dialen Laufspieles der beiden Zylinderrollenlager auf­ treten können, zu einer relativ kleinen Zusatzbelastung im Schrägwälzlager führen. Der bzw. die Innenringe des Schrägwälzlagers können sich nämlich dann unter Überwin­ dung der Gleitreibung auf der axial abstützenden Stirn­ fläche des benachbarten Innenringes gleitend verschie­ ben. Dabei erfolgt eine kleine Verlagerung der Wälzkör­ per auf der Laufbahn ihres Außen- und/oder Innenringes quer zur Rollrichtung. Eine der beiden Laufbahnen der beiden Reihen von Wälzkörpern ist zweckmäßigerweise ohne seitliche Führungsborde ausgeführt, damit die Wälzkörper diese seitliche Verlagerung auf dieser Laufbahn ungehin­ dert ausführen können.

Da der bzw. die Innenringe des Schrägwälzlagers sich ge­ genüber dem Zapfen der Arbeitswalze zwischen den Innen­ ringen der beiden Zylinderrollenlager in radialer Rich­ tung gleitend verschieben kann bzw. können, nimmt das Schrägwälzlager lediglich die im Betrieb auftretenden Axialkräfte auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann die Schief­ stellung des Zapfens der Arbeitswalze in weiten Grenzen erfolgen, ohne daß die zwei Reihen der Wälzkörper des Schrägwälzlagers auf ihren Laufbahnen verklemmt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat zur Folge, daß sämtliche Wälzlager der Wälzlagerung zusammen mit ihrem Walzwerkgestell auch dann ungehindert vom Zapfen der Arbeitswalze abgezogen werden können, wenn sich die Innenringe der Zylinderrollenlager im Betrieb in ihre zylindrische Sitzfläche infolge Gleitverschleiß einge­ graben haben. Der Innenring des walzenseitigen Zylin­ derrollenlagers kann nämlich dann ungehindert über den radial nach innen abgesetzten Abschnitt des Zapfens axial nach außen hinweg geschoben werden. Dabei haben sämtliche Wälzlager eine einheitliche Bohrung, es kön­ nen Wälzlager mit herkömmlichen Hauptabmessungen ver­ wendet werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 bewirkt, daß die Innen­ ringe sämtlicher Wälzlager der Wälzlagerung durch eine einzige Wellenmutter am Ende des Zapfens mit geringer Vorspannung oder mit geringem gegenseitigem Spiel ein- und nachgestellt werden können.

Weitere vorteilhafte, aber nicht selbstverständliche Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 5 bis 9 gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Wälzlagerung wird in der nachfol­ genden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt durch eine Wälz­ lagerung auf der Festlagerseite der Arbeits­ walze eines Walzwerkes und

Fig. 2 den teilweisen Längsschnitt durch eine abge­ änderte Wälzlagerung auf der Festlagerseite der Arbeitswalze eines Walzwerkes.

Mit 1 ist in Fig. 1 eine im Betrieb axial stellbare Arbeitswalze eines Walzwerkes zum Warmbandwalzen und mit 2 ein auf der Festlager- und Bedienungsseite die­ ser Arbeitswalze 1 angeordneter Zapfen bezeichnet. Auf der gegenüberliegenden Loslager- und Antriebsseite ist die Arbeitswalze 1 in an sich bekannter Weise in einem vierreihigen Kegelrollenlager (nicht gezeigt) gelagert.

Der Zapfen 2 ist über zwei einreihige Zylinderrollen­ lager 3, 4 zur Aufnahme von Radialbelastungen und einem dazwischen angeordneten, zweireihigen Schrägwälzlager 5 zur Aufnahme von Axialbelastungen nach beiden Richtun­ gen in der zylindrischen Bohrung 6 eines Walzwerkge­ stelles 7 gelagert.

Jedes Zylinderrollenlager 3, 4 hat einen auf jeweils einer zylindrischen Sitzfläche 8, 9 des Zapfens 2 fest­ gesetzten Innenring 10, 11 mit einer zylindrischen in­ neren Laufbahn, einen in der Bohrung 6 des Walzwerkge­ stelles 7 festgesetzten Außenring 12, 13 mit einer zy­ lindrischen, äußeren Laufbahn und eine Reihe von zwi­ schen der inneren und der äußeren Laufbahn rollenden, zylindrischen Wälzkörpern 14.

Das Schrägwälzlager 5 besteht aus einem, zwei innere Laufbahnen aufweisenden Innenring 15, zwei jeweils eine äußere Laufbahn aufweisenden Außenringen 16, 17 und zwei dazwischen angeordneten Reihen von kegelig ausgebildeten Wälzkörpern 18. Jede Reihe von Wälzkörpern 18 rollt zwi­ schen jeweils einer inneren Laufbahn des Innenringes 15 und einer äußeren Laufbahn eines der beiden Außenringe 16, 17.

In vorliegendem Fall ist zwischen den beiden Außenrin­ gen 16, 17 des Schrägwälzlagers 5 noch ein zusätzlicher Abstandsring 19 eingepaßt, welcher radial durchgehende Schmierlöcher 20 aufweist. Die Zuführung des Schmiermit­ tels (Fett oder Öl) erfolgt über Schmierkanäle im Walz­ werkgestell 7 und über die Schmierlöcher 20 in das Inne­ re des Schrägwälzlagers 5.

Die Außenringe 12, 13 der beiden Zylinderrollenlager 3, 4 und die Außenringe 16, 17 und der Abstandsring 19 des Schrägwälzlagers 5 können in die Bohrung 6 des Walzwerk­ gestelles 7 axial eingedrückt und mit Preßsitz festge­ setzt werden. Dabei werden keine axialen Einbaukräfte über die beiden Reihen von Wälzkörpern 18 des Schräg­ wälzlagers 5 geleitet.

Mit Hilfe des inneren Abschlußdeckels 21, der mit Schrau­ ben 22 auf einer inneren Stirnseite des Walzwerkgestel­ les 7 befestigt ist, werden die nebeneinander angeordne­ ten Außenringe 12, 13, 16, 17 und der Abstandsring 19 ge­ gen eine feste Schulter 23 in der Bohrung 6 des Walzwerk­ gestelles 7 gespannt und axial festgesetzt.

Auf seinen beiden Seiten besitzt der Innenring 15 je eine im wesentlichen radial verlaufende Stirnfläche 24, die sich auf einer gegenüberliegenden Stirnfläche 25 des benachbarten Zylinderrollenlagers 3 bzw. 4 axial abstützt.

Die Innenringe 10, 11 der beiden Zylinderrollenlager 3, 4 und der Innenring 15 des Schrägwälzlagers 5 sind auf dem Zapfen 2 nebeneinander angeordnet. Der Innenring 10 des walzenseitigen Zylinderrollenlagers 3 ist über einen Schulterring 26 an einem radialen Absatz 27 der Arbeits­ walze 1 axial abgestützt.

Am äußeren Ende des Zapfens 2 ist eine Wellenmutter 28 in der Bohrung eines durch eine Paßfeder auf dem Zapfen gegenüber Drehen gesicherten Endringes 29 eingeschraubt. Dieser Wellenring 28 wird zum Einstellen eines kleinen Axialspieles (Verschiebespiel) der Innenringe 10, 11 am Innenring 15 mit Hilfe eines Stellringes 30 derart gedreht, daß dieser nach außen gegen einen an einer Schulter des Zapfens sich abstützenden, zweiteiligen Stützring 31 drückt und den Endring 29 auf dem Zapfen axial nach innen gegen den Innenring 11 bewegt. Nach die­ sem axialen Einstellen der Innenringe 10, 11 und 15 wird der Stellring 30 mit einer durch diesen hindurchgeführ­ ten, in ein Gewindeloch in den Stützring 31 eingeschraub­ ten Schraube (nicht gezeigt) in seiner Drehstellung ge­ sichert. Der Stützring 31 ist seinerseits durch eine Paß­ feder auf dem Zapfen 2 gegenüber Verdrehen festgehalten.

Die beiden Reihen von Wälzkörpern 18 des Schrägwälzla­ gers 5 haben radial nach innen gegenseitig zusammenge­ hende Kraftwirkungslinien 32, 33. Im vorliegenden Fall schneiden sich diese Kraftwirkungslinien 32, 33 in der Nähe der Mittenachse 34 des Zapfens 2, und zwar in Punk­ ten 35, welche in einer radialen Mittenebene 36 zwischen den beiden Reihen des Schrägwälzlagers 5 liegen.

Die kegelige äußere Laufbahn 37 der beiden Außenringe 16, 17 des Schrägwälzlagers 5 besitzt keine Führungsbor­ de, so daß sich die Wälzkörper 18 auf dieser Laufbahn 37 bei kleinen Schiefstellungen des Innenringes 15 nach bei­ den Seiten quer zur Rollrichtung ungehindert verlagern können.

Der Innenring 15 des Schrägwälzlagers 5 besitzt in sei­ ner Bohrung gegenüber dem Zapfen 2 ein radiales Spiel 38, welches größer als das radiale Laufspiel jedes der beiden Zylinderrollenlager 3, 4 ist.

Im vorliegenden Fall haben die auf der zylindrischen Sitzfläche 8, 9 des Zapfens 2 radial festgesetzten In­ nenringes 10, 11 und der Innenring 15 des Schrägwälz­ lagers 5 in ihrer Bohrung einen einheitlich großen Durch­ messer und das radiale Spiel 38 des Innenringes 15 ist durch einen gegenüber den beiden Sitzflächen 8, 9 radial nach innen abgesetzten, zylindrischen Abschnitt des Zap­ fens 2 unter dem Innenring 15 gebildet.

Da die Innenringe 10, 11 und 15 ein kleines gegenseiti­ ges Spiel aufweisen, können die Stirnflächen 24 des In­ nenringes 15 auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 25 des Innenringes 10 bzw. 11, welche gerade keine axiale Belastung erhält, etwas gleiten, wenn innerhalb des Lauf­ spieles der Zylinderrollenlager 3, 4 kleine radiale Ver­ lagerungen vorkommen sollten. Der Innenring 15 ist beson­ ders auf der axial nicht belasteten Stirnfläche 25 des Innenringes 10 bzw. 11 im wesentlichen in radialer Rich­ tung gleitend verschiebbar.

Die Stirnflächen 25 der Innenringe 10 und 11 besitzen am Umfang verteilt angeordnete, radial durchgehende Schmier­ nuten 39, die eine gleichmäßige Verteilung des durch die Schmierlöcher 20 zugeführten Schmiermittels zu den auf der Stirnfläche 25 gleitenden Stirnflächen 24 bewirkt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist übrigens die auf der Stirnfläche 25 des Innenringes 10 bzw. 11 glei­ tende Stirnfläche 24 des Innenringes 15 durch Polieren etwas abgearbeitet, so daß diese in radialer Richtung eine etwas gewölbte Form aufweist und das Schmiermittel relativ leicht zwischen Stirnfläche 25 und Stirnfläche 24 eindringen kann.

In Fig. 2 ist eine abgeänderte Wälzlagerung gezeigt, welche ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte Wälzlage­ rung aufgebaut ist. Es sind wiederum zwei einreihige Zylinderrollenlager 3, 4 zur Aufnahme von Radialbela­ stung und ein dazwischen angeordnetes Schrägwälzlager 40 zur Aufnahme von Axialbelastungen vorhanden.

Im vorliegenden Fall ist das Schrägwälzlager 40 als ein Pendelrollenlager mit zwei Reihen von tonnenförmig aus­ gebildeten Wälzkörpern 41 ausgebildet. Es besitzt einen einteiligen Innenring 15 und für jede der beiden Reihen von Wälzkörpern 41 je einen Außenring 16 bzw. 17 mit jeweils einer kugelig konkav ausgebildeten äußeren Lauf­ bahn 42 für die Wälzkörper 41.

Die radial nach innen gegenseitig zusammengehenden Kraftwirkungslinien 32, 33 der beiden Reihen von Wälz­ körpern 41 schneiden sich in einem gemeinsamen Kugel­ mittelpunkt 43 der kugelig ausgebildeten äußeren Lauf­ bahnen 42. Dieser Kugelmittelpunkt 43 liegt auf der Mittenachse 34 des Zapfens 2 sowie in der radialen Mit­ tenebene 36 des Schrägwälzlagers 40.

Die Wälzkörper 41 des Schrägwälzlagers 40 sind auf ihrer äußeren Laufbahn 42 nach beiden Seiten quer zur Rollrichtung verlagerbar angeordnet. Der Innenring 15 des Schrägwälzlagers 40 kann sich deshalb im Betrieb der Wälzlagerung, um den Kugelmittelpunkt 43 drehend, etwas schiefstellen, ohne daß die Wälzkörper 41 ver­ klemmt werden.

Bei dieser Schiefstellung gleiten die Stirnflächen 24 des Innenringes 15 auf der gegenüberliegenden Stirnflä­ che 25 des Innenringes 10 bzw. 11 im wesentlichen in radialer Richtung.

Der Innenring 15 kann sich dabei an seinen, die Stirn­ flächen 24 tragenden Enden gegenüber dem Zapfen 2 etwas radial verlagern. Dabei kommt der Innenring 15 aber mit dem Zapfen 2 nicht in Berührung, denn der Innenring 15 hat gegenüber dem Zapfen 2 ein radiales Spiel 38, wel­ ches größer als das radiale Laufspiel jedes der beiden Zylinderrollenlager 3, 4 ist.

Jeder Innenring 10, 11 hat in seiner zylindrischen Boh­ rung schraubenförmig verlaufende, flache Schmiernuten 44. Mit einem nach innen verlängerten, einstückigen Vor­ sprung 45 stützt sich der Innenring 10 des walzenseiti­ gen Zylinderrollenlagers 3 an einem radialen Absatz 27 der Arbeitswalze 1 ab.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele las­ sen sich im Rahmen der Erfindung konstruktiv abändern. Zum Beispiel kann der Innenring des zweireihigen Schräg­ wälzlagers quergeteilt sein, so daß jede der beiden Rei­ hen mit Wälzkörpern auf der Innenlaufbahn eines einzel­ nen Innenringes abrollen.

Mindestens eines der beiden Zylinderrollenlager kann mehrreihig ausgebildet sein. Der zugehörige Außenring und/oder der zugehörige Innenring dieses Zylinderrollen­ lagers kann dann ebenfalls quergeteilt sein, so daß die einzelnen Reihen von Zylinderrollen auf jeweils einem einzelnen Außen- und/oder Innenring rollen.

Claims (9)

1. Wälzlagerung für Arbeitswalzen in Hochgeschwindigkeitswalzwerken, bei der ein Zapfen der Arbeitswalze in zwei, jeweils mindestens einen Außenring und mindestens einen Innenring aufwei­ senden Zylinderrollenlagern zur Aufnahme von Ra­ dialbelastung und in einem dazwischen angeordne­ ten, mindestens einen Außenring, mindestens einen Innenring und dazwischen auf Laufbahnen des Innen- bzw. Außenringes umlaufenden zwei Reihen von Wälz­ körpern aufweisenden Schrägwälzlager zur Aufnahme von Axialbelastungen nach beiden Richtungen ge­ lagert ist, wobei der bzw. die Außenringe der bei­ den Zylinderrollenlager und des Schrägwälzlagers in einer gemeinsamen Bohrung eines Walzwerkge­ stells nebeneinander axial und radial festgesetzt sind und der bzw. die Innenringe des Schrägwälz­ lagers mit einer radialen Stirnfläche auf einer gegenüberliegenden Stirn des auf dem Zapfen axial und radial festgesetzten Innenringes des betreffen­ den Zylinderrollenlagers axial abgestützt ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zwei Reihen von Wälzkörpern (18, 41) des Schrägwälzlagers (5, 40) radial nach innen gegenseitig zusammengehende Kraftwir­ kungslinien (32, 33) aufweisen,
• - daß die Wälzkörper (18, 41) des Schrägwälz­ lagers (5, 40) zumindest auf einer ihrer beiden Laufbahnen (37, 42) nach beiden Sei­ ten quer zur Rollrichtung verlagerbar ange­ ordnet sind,
• - daß der bzw. die Innenringe (15) des Schräg­ wälzlagers (5, 40) mit der Stirnfläche (24) auf der gegenüberliegenden Stirnfläche (25) des Innenringes (10 bzw. 11) des Zylinderrol­ lenlagers (3 bzw. 4) in im wesentlichen ra­ dialer Richtung gleitend verschiebbar ange­ ordnet ist, bzw. sind und
• - daß jeder Innenring (15) des Schrägwälzla­ gers (5, 40) gegenüber dem Zapfen (2) der Ar­ beitswalze (1) ein radiales Spiel (38) auf­ weist, welches größer als das radiale Laufspiel jedes der beiden Zylinderrollenlager (3, 4) ist.

2. Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die radial nach innen gegenseitig zusam­ mengehenden Kraftwirkungslinien (32, 33) der zwei Reihen von Wälzkörpern (18, 41) des Schrägwälzla­ gers (5, 40) sich in zumindest in der Nähe der Mit­ tenachse (34) des Zapfens (2) liegenden, axial zwi­ schen den beiden Reihen angeordneten Punkten (35, 43) schneiden.

3. Wälzlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bzw. die jeweils auf einer zylindrischen Sitzfläche (8, 9) des Zapfens (2) radial festgesetzten Innenringe (10, 11) der bei­ den Zylinderrollenlager (3, 4) und der bzw. die Innenringe (15, 41) des Schrägwälzlagers (5, 40) ungefähr ein und denselben Durchmesser in ihrer Bohrung aufweisen und das radiale Spiel (38) des bzw. der Innenringe (15) des Schrägwälzlagers (5, 40) durch einen gegenüber diesen beiden zylindrischen Sitzflächen (8, 9) radial nach innen abgesetzten Abschnitt des Zapfens (2) unter dem bzw. den Innen­ ringen (15) des Schrägwälzlagers (5, 40) gebildet ist.

4. Wälzlagerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Innenringe (10, 11) der beiden Zylinderrollenlager (3, 4) und der bzw. die Innenringe (15) des Schrägwälzlagers (5) auf dem Zapfen (2) der Arbeitswalze (1) neben­ einander angeordnet und durch eine am äußeren Ende des Zapfens (2) angeordnete Wellenmutter (28) zusammen gegen einen walzenseitigen Absatz (27) des Zapfens (2) gegenseitig axial anstellbar ange­ ordnet sind.

5. Wälzlagerung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen­ ring (15) des Schrägwälzlagers (5, 40) einstückig ausgebildet ist.

6. Wälzlagerung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollflä­ che der Wälzkörper (18) des Schrägwälzlagers (5) kegelig ausgebildet ist.

7. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rollfläche der Wälz­ körper (41) des Schrägwälzlagers (40) ballig konvex, z. B. kugelig, und die zugehörigen beiden Laufbah­ nen (42) des bzw. der Außenringe (16, 17) kugelig konkav mit einem gemeinsamen, auf der Mittenachse (34) des Zapfens (2) liegenden Kugelmittelpunkt (43), ausgebildet sind.

8. Wälzlagerung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Stirnfläche (24) des Innenringes (15) des Schräg­ wälzlagers (5, 40) sich abstützende Stirnfläche (25) des Innenringes (10, 11) der beiden Zylinderrollen­ lager (3, 4) und/oder die Stirnflächen (24) des bzw. der Innenringe (10, 11) des Schrägwälzlagers (5, 40) am Umfang verteilt angeordnete, radial durchgehende Schmiernuten (39) aufweist bzw. aufweisen.

9. Wälzlagerung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Stirnfläche (24) des Innenringes (15) des Schräg­ wälzlagers (5, 40) sich abstützende Stirnfläche (25) des Innenringes (15) der beiden Zylinderrollenlager (3, 4) und/oder die dieser Stirnfläche (25) gegenüberliegende Stirnfläche (24) am Umfang in radialer Richtung konvex gewölbt ausgebildet ist (sind).