Wälzlagerung für eine Welle oder Rolle und Verfahren zur Schmierung einer solchen Wälzlagerung
Die Erfindung betrifft eine Walzlagerung für eine Welle, Walze oder Rolle, insbesondere für Wellen, Walzen oder Rollen eines Walzwerks, in welchem Metallbander gewalzt werden, mit einer Schmierstoffversorgung, welche der Walzlagerung einen fließfahigen Schmierstoff zufuhrt, und mindestens einer beruhrungslosen Labyrinth-Dichtung zum Abdichten der Walzlagerung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schmieren einer solchen Walzlagerung mit einem fließfahigen Schmierstoff.
Bei der Lagerung von Wellen oder Walzen ist das jeweilige Walzlager mit seinem Außenring fest beispielsweise in einem Gehauseelement gehalten, wahrend sein Innenring mit der Welle dreht. Die Relativbewegung zwischen dem Innenring und dem Außenring des Walzlagers wird dabei durch Walzkorper ermöglicht, welche sich zwischen dem Innen- und dem Außenring des Lagers bewegen. Im Gegensatz dazu sind Rollen auf einer feststehenden Achse gelagert, so daß der äußere Ring der jeweiligen Lagerung mit der Rolle verbunden ist oder diese bildet und der innere Ring des Lagers fest auf der Achse sitzt. Auch in diesem Fall wird die Relativbewegung zwischen dem Innen- und dem Außenring des Lagers durch die Walzkorper ermöglicht. Rollen dieser Art werden in Walzgerusten als sogenannte
"Stutzlager" eingesetzt, um die Stutzwalzen gegenüber dem Gerüst abzustutzen.
Schwer belastete Walzlager, wie sie beispielsweise zum Lagern der Stutzwalzen oder -rollen eines Walzwerks eingesetzt werden, sind aufgrund der von ihnen aufgenommen Kräfte einerseits der Gefahr eines abrasiven Verschleißes und andererseits einer erheblichen Wärmeentwicklung ausgesetzt, welche ebenfalls zu einem vorzeitigen Verschleiß der Lager fuhren kann. Aus diesem Grund werden derartige Walzlager in der Regel mit einem im Umlauf geführten Schmierstoff versorgt. Bei dem Schmierstoff handelt es sich in der Regel um ein gut fließfahiges 01.
Der durch das Walzlager geleitete Schmierstoffström gewahrleistet zum einen die optimale Benetzung der Reibflachen des Lagers mit Schmierstoff. Zum anderen fuhrt der Schmierstoff die im Betrieb entstehende Warme ab, so daß das Lager bei einer optimalen Betriebstemperatur gehalten werden kann.
Ein Problem besteht bei der Schmierung von Walzlagern, die von einem Schmierstoff durchströmt werden, in der Abdichtung der Lagerstelle. Aufgrund der durch das Lager geleiteten SchmierstoffStrömung wird der Schmierstoff bei Verwendung von an den Wellen oder Rollen anliegenden Dichtungen in den Dichtspalt zwischen den Dichtlippen der Dichtung und der Welle bzw. Rolle gepreßt.
Dieser Effekt macht es erforderlich, die Dichtlippen mit großer Kraft gegen die Welle bzw. Rolle zu drucken. Andernfalls besteht die Gefahr, daß Schmierstoff von der sich drehenden Welle bzw. Rolle aus dem Bereich des
Lagers geschleppt wird und unkontrolliert in die Umgebung gelangt. Die großen Andruckkräfte fuhren dazu, daß die Reibung zwischen der Welle bzw. Rolle und den Dichtlippen der Dichtung groß ist, so daß die Dichtlippen einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind. Insbesondere bei auf einer Achse gelagerten, selbst nicht direkt angetriebenen Rollen kann durch den hohen Anpressdruck die freie Bewegung der Rolle so stark behindert werden, daß die Rollen der Drehung der von ihr gestutzten Walze nicht folgt. Der dadurch verursachte Schlupf zwischen Rolle und Walze bringt die Gefahr einer Beschädigung der Walzenoder Rollenoberflache mit sich.
Es ist versucht worden, die voranstehend erläuterten Probleme bei der Abdichtung von Walzlagerungen, die von Schmierstoff durchströmt werden, durch den Einsatz beruhrungsloser Labyrinth-Dichtungen zu losen. Derartige Dichtungen weisen mehrere koaxial zur Drehachse der Welle bzw. Rolle und beabstandet zueinander angeordnete Scheibenelemente auf, von denen wechselnd aufeinanderfolgend jeweils eines mit dem sich im Betrieb jeweils drehenden Element und eines mit dem jeweils stehenden bzw. mit einer anderen Geschwindigkeit sich drehenden Element verbunden ist. So sind beispielsweise bei der Abdichtung der Walzlagerung einer Welle oder Walze die sich drehenden Elemente der Labynnth-Dichtung mit der Welle verbunden, wahrend die feststehenden Elemente fest mit einem Gehauseteil verkoppelt sind. Demgegenüber sind bei der Abdichtung einer Walzlagerung einer Rolle die sich drehenden Elemente mit dem äußeren, sich drehenden Rollenmantel verbunden, wahrend die stehenden Elemente fest auf der Achse sitzen. In den Raum zwischen den Scheibenelementen eindringender Schmierstoff wird aufgrund der Bewegung der sich drehenden
Scheibenelemente in radialer und tangentialer Richtung beschleunigt. Auf diese Weise entsteht in den Zwischenräumen ein Druck, welcher dem Druck des in den Zwischenraum eindringenden Schmierstoffs entgegengesetzt ist und ein Austreten von Schmierstoff in die Umgebung verhindern soll.
Der Vorzug von berührungslosen Labyrinth-Dichtungen besteht darin, daß sie annähernd keinem Verschleiß unterliegen, kostengünstig herstellbar sind und keine Reibung erzeugen. In der Praxis, insbesondere bei der Abdichtung von Wälzlagern an Wellen oder Rollen eines Walzwerks, zeigt sich jedoch, daß sie ein Austreten von Schmierstoff nicht mit der geforderten Zuverlässigkeit verhindern können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wälzlagerung der voranstehend erläuterten Art so zu verbessern, daß auch bei Einsatz von berührungslos dichtenden Labyrinth-Dichtungen eine ordnungsgemäße Abdichtung des Lagers gewährleistet ist. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Schmieren eines mittels einer Labyrinth-Dichtung abgedichteten Wälzlagers mit einem Schmierstoffström angegeben werden, welches das Austreten von Schmierstoff aus der Dichtung verhindert.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich einer Wälzlagerung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Schmierstoffversorgung den Schmierstoff in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle oder Rolle zuführt.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die voranstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der der Wälzlagerung
zugefuhrte Schmierstoffström in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle, Walze oder Rolle verändert wird.
Indem gemäß der Erfindung die jeweilige Drehzahl, mit welcher die Elemente der Labynnth-Dichtung relativ zueinander bewegt werden, bei der Schmierstoffzufuhr berücksichtigt wird, wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die Dichtwirkung einer Labynnth-Dichtung aufgrund der mit zunehmender Drehzahl ansteigenden Beschleunigungen, die der Schmierstoff an den sich drehenden Scheibenelementen der Dichtung erfahrt, ebenfalls zunimmt. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung bei geringen Drehzahlen ein geringerer Volumenstrom an Schmierstoff durch das Lager geleitet als bei höheren Drehzahlen. Der geringe Volumenstrom bei niedrigen Drehzahlen bewirkt, daß nur wenig Schmierstoff in den Bereich der Labyrinth-Dichtung gelangt, so daß die Labynnth-Dichtung auch bei niedrigen Drehzahlen trotz der dann geringen Beschleunigungskrafte im Bereich der Zwischenräume der Dichtung eine ausreichende Dichtwirkung entfaltet .
Die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes des Walzlagers oder eines übermäßigen Anstiegs der Lagertemperatur wird durch die erfindungsgemaße Regulierung der Schmierstoffzufuhr nicht vergrößert, da bei niedrigen Drehzahlen die im Lager verrichtete Reibarbeit gering und damit einhergehend sowohl der abrasive Verschleiß als auch die Menge an frei werdender Wärmeenergie bedeutungslos ist.
Eine besonders praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoffversorgung den Schmierstoff erst nach
Erreichen einer Mindestdrehzahl zufuhrt und die Schmierstoffzufuhr nach Unterschreiten der Mindestdrehzahl beendet. Diese Variante der Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die nach einem Stillstand in der Walzlagerung noch vorhandene Schmierstoffmenge regelmäßig ausreicht, um bis zu einer bestimmten Drehzahl einen ungestörten, verschleißfreien Betrieb des Walzlagers zu gewahrleisten. Indem bei niedrigen Drehzahlen unterhalb der Grenzdrehzahl kein zusatzlicher Schmierstoff dem Lager zugeführt wird, kann das Austreten von Schmierstoff in diesem für die Dichtwirkung der Labyrinth-Dichtung kritischen Drehzahlbereich sicher vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom des Schmierstoffs mit zunehmender Drehzahl ansteigt. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, daß einerseits mit zunehmender Drehzahl die Reibarbeit im Walzlager und damit einhergehend die Lagertemperatur steigt, andererseits aber auch die Wirksamkeit der Labyrinth- Dichtung zunimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben und werden nachfolgend im Zusammenhang mit der Erläuterung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand einer Zeichnung naher beschrieben. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Wälzlagerung für eine Rolle eines Walzwerks in einem Längsschnitt;
Fig. 2 einen Ausschnitt A der Fig. 1 in vergrößerter Ansicht .
Auf einer feststehenden Achse 1 eines weiter nicht dargestellten Walzwerks zum Walzen von Metallbandern ist eine Stutzrolle 2 drehbar gelagert. Über die Stutzrolle 2 ist eine im einzelnen nicht dargestellte Walze W des nicht gezeigten Walzgerustes abgestutzt. Dabei sind längs der Walze W mehrere gleichartige Stutzrollen 2 beabstandet zueinander angeordnet.
Die Stutzrolle 2 bildet den äußeren Ring eines Walzlagers 3, dessen Innenring 4 fest auf der Achse 1 sitzt. Zwischen der Stutzrolle 2 und dem Innenring 4 sind rollenformige Walzkorper 5a, 5b angeordnet, welche die Relativbewegung von sich drehender Stutzrolle 2 und feststehendem Innenring 3 ermöglichen.
Die Walzkorper 5a, 5b sind dabei in Achsrichtung der Achse 1 beabstandet angeordnet, so daß zwischen ihnen ein radial umlaufender Freiraum 6 gebildet ist. In den Freiraum 6 mundet ein Abzweig 7 einer Schmierstoffversorgungsleitung 8, die in die Achse 1 eingeformt und mit einer Schmierstoffversorgung 9 verbunden ist.
Seitlich des Innenrings 3 sind Abstromoffnungen 11 vorgesehen, die mit einer ebenfalls in die Achse 1 eingeformten Ruckfuhrleitung 12 verbunden sind. Über die Ruckfuhrleitung 12 wird der dem Walzlager 3 zugefuhrte Schmierstoffström zurück zu der Schmierstoffversorgung 9 geleitet .
Auf der dem jeweiligen benachbarten Walzkorper 5a, 5b abgewandten Seite der Walzkorper 5a, 5b ist jeweils eine Labyrinth-Dichtung 13,14 angeordnet. Die Labyrinth- Dichtungen 13,14 sind durch mehrere Scheibenelemente
15, 16, 15a, 17, 18 gebildet. Diese sind, beginnend mit dem dem Innenraum der Walzlagerung 3 zugeordneten Scheibenelement 15, welches fest mit der Achse 1 verbunden ist, in Achsrichtung nach außen in wechselnder Folge drehfest mit der Stutzrolle 2 (Scheibenelemente 16,17) bzw. fest mit der Achse 1 (Scheibenelemente 15, 15a, 18) verbunden.
Die Schmierstoffversorgung 9 umfaßt eine Pumpe 10, einen Filter 19, einen Wärmetauscher 20 und eine Steuereinrichtung 21. In Abhängigkeit von der Drehzahl der durch die Walze W vorgegebenen Drehzahl der Stutzrolle 2 regelt die Steuereinrichtung 21 die Forderleistung der Pumpe 10 so, daß die Schmierstoffversorgung 9 der Walzlagerung 3 unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehzahl der Stutzrolle 2 Schmierstoff zufuhrt. Bei diesem Schmierstoff handelt es sich beispielsweise um ein gut fließfahiges 01, einen Olnebel oder einen Ol-Luft-Strom.
Zum Zeitpunkt des Anfahrens des Walzwerks ist das Walzlager 3 mit einer Restmenge Schmierstoff gefüllt. Diese Restmenge ist ausreichend, um nach dem Anfahren des Walzwerks im unteren Drehzahlbereich eine ordnungsgemäße Schmierung der Walzkorper 5a, 5b zu gewahrleisten. Sobald die Stutzrolle 2 eine Mindestdrehzahl erreicht, schaltet die Steuereinrichtung 21 die Pumpe 10 der Schmierstoffversorgung 9 ein und es wird Schmierstoff in die Walzlagerung 3 gefordert. Der Volumenstrom des Schmierstoffs steigt dabei mit zunehmender Drehzahl an, so daß die Walzkorper 5a, 5b in jeder Betriebssituation ausreichend geschmiert und gekühlt sind.
Der in die Zwischenräume 14a zwischen den Scheibenelementen 15,16,17,18 der Labyrinth-Dichtungen 13,14 eindringende Schmierstoff wird durch die Drehung der mit der Stutzrolle 2 drehenden Scheibenelemente 16,17 beschleunigt. Auf diese Weise entsteht in den Zwischenräumen 14a ein Druck, der dem eindringenden Schmierstoff entgegengesetzt ist. Mit zunehmender Drehzahl der Stutzrolle 2 nimmt dieser Gegendruck zu, so daß trotz des mit zunehmender Drehzahl der Stutzrolle 2 großer werdenden SchmierstoffStroms die Dichtheit der Labyrinth-Dichtungen 13,14 gewahrleistet ist.
Der aus der Walzlagerung 3 zur Schmierstoffversorgung 9 zurückströmende Schmierstoff wird, nachdem er im Filter 19 gereinigt und im Wärmetauscher 20 gekühlt worden ist, im Umlauf mittels der Pumpe 10 wieder der Walzlagerung 3 zugeführt .
Im Zuge der mit einem Abbremsens des Walzwerks einhergehenden Abnahme der Drehzahl der Stutzrolle 2 wird der durch die Walzlagerung 3 geforderte Schmierstoffström von der Schmierstoffversorgung 9 reduziert, bis die Mindestdrehzahl erreicht ist. Bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl wird die Schmierstoffzufuhr beendet, so daß trotz der in diesem Drehzahlbereich geringen Wirksamkeit der Labyrinth-Dichtungen 13,14 ein Austreten von Schmierstoff aus der Walzlagerung 3 vermieden wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Achse
2 Stützrolle
3 Wälzlager
4 Innenring 5a, 5b Wälzkörper
6 Freiraum
7 Abzweig
8 Schmierstoffversorgungsleitung
9 Schmierstoffversorgung
10 Pumpe
11 Abströmöffnungen
12 Rückführleitung 13,14 Labyrinth-Dichtung 14a Zwischenräume
15, 15a, 16, 17, 18 Scheibenelemente
19 Filter
20 Wärmetauscher
21 Steuereinrichtung
W Walze