DE10104032A1 - Bearing arrangement used in galvanizing lines or in continuous casting plants comprises a bearing consisting of an inner bearing ring and an outer bearing ring, and a complete assembly with roller bodies arranged between the rings - Google Patents

Bearing arrangement used in galvanizing lines or in continuous casting plants comprises a bearing consisting of an inner bearing ring and an outer bearing ring, and a complete assembly with roller bodies arranged between the rings

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Abstract

Bearing arrangement comprises a bearing (12) consisting of an inner bearing ring (13) and an outer bearing ring (14) having bearing pathways; and a complete assembly with roller bodies (15) arranged between the rings and touching the bearing pathways. The roller bodies and pathways have a toroidal form. The roller bodies can move freely between the pathways. The rings are made of a cobalt-chromium-tungsten alloy and the roller bodies are made of silicon nitride.

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Lageranord­ nung zum Einsatz bei Hochtemperatur-Anwendungen, wie z. B. einer Hauptwelle (Badrolle) und/oder Stabilisierungsrollen in Zinkbädern von Bandstahl-Galvanisierlinien oder in Strangguß­ anlagen.The present invention relates to a bearing arrangement voltage for use in high-temperature applications such as B. a main shaft (bath roll) and / or stabilizing rolls in Zinc baths from steel strip electroplating lines or in continuous casting Investments.

Die Betriebsbedingungen für die Lager bei beiden derartigen Anwendungen sind sehr anspruchsvoll mit hohen Temperaturen und aggresivem geschmolzenem Metall (bei Schmelzzinkbädern) bzw. gesättigter Dampfatmosphäre und schwerwiegenden Ver­ schmutzungen durch Kühlwasser und Zunder (bei Stranggußanla­ gen).The operating conditions for the bearings in both such Applications are very demanding with high temperatures and aggressive molten metal (for zinc baths) or saturated vapor atmosphere and serious ver dirt from cooling water and scale (in continuous casting plant gene).

Zum Abstützen beispielsweise von Badrollen sind früher häufi­ ger Gleitlager verwendet worden, die jedoch eine Reihe von Nachteilen aufweisen, wie z. B. eine hohe Lagerreibung, Vi­ brationen, übermäßigen Verschleiß zwischen Lager und Welle und eine schlechte Führung des Stahlbandes, so daß diese Nachteile zusammen zu einer niedrigen Produktion als Folge eines häufigen Anhaltens wegen Lagerausfall und schlechter Qualität des Zinküberzugs führen. Diese Gleitlager wurden ge­ wöhnlich aus Keramik oder einer Kobalt-Chrom-Wolfram- Legierung hergestellt, die als Stellit bekannt ist.For example, to support bathroom rolls are common ger plain bearings have been used, but a number of Disadvantages such as B. high bearing friction, Vi excessive wear between the bearing and the shaft and poor guidance of the steel belt so that this Disadvantages together result in low production frequent stopping due to bearing failure and worse Lead quality of the zinc coating. These plain bearings were ge usually made of ceramic or a cobalt-chrome-tungsten Alloy made known as stellite.

Wälzlager herkömmlicher Art sind ebenfalls getestet worden, wobei die Lagerbauteile aus Stellit, Hochtemperaturstählen oder keramischen Materialien gefertigt wurden, jedoch leiden diese früheren Lösungen an zwei hauptsächlichen Nachteilen. Erstens können sie keine Fehlausrichtung und axiale Verschie­ bung innerhalb des Lagers aufnehmen, was zu schwerwiegendem Verschleiß und Bruch der Ringe führt, und zweitens weisen sie einen hohen Kontaktdruck an den Laufbahnen auf, der Ver­ schleiß verursacht.Conventional roller bearings have also been tested, bearing components made of stellite, high temperature steel or ceramic materials, but suffer these previous solutions had two major drawbacks. First, they cannot have misalignment and axial displacement  exercise within the camp, resulting in serious Wear and breakage of the rings results, and second, they point a high contact pressure on the raceways, the Ver wear causes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lageranordnung für Hochtemperatur-Anwendungen und insbesonde­ re für Lageranordnungen zu schaffen, die in Bäder ausge­ schmolzenem Metall eingetaucht oder in den Kühlabschnitten einer Stranggußmaschine angeordnet sind, wobei die La­ geranordnung nicht die im Zusammenhang mit den bisher unter solchen schweren Betriebsbedingungen verwendeten Lagern er­ wähnten Nachteile aufweist.The object of the present invention is a Bearing arrangement for high temperature applications and in particular re to create bearing arrangements that are made in bathrooms molten metal or immersed in the cooling sections a continuous casting machine are arranged, the La geranagement not in connection with the previously under bearings used in such severe operating conditions mentioned disadvantages.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des beigefügten Anspruches 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a bearing arrangement solved with the features of appended claim 1.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf eine Ausführungsform der Erfindung eingegangen. Es zeigen:Below is based on the accompanying drawings received an embodiment of the invention. Show it:

Fig. 1 schematisch ein Schmelztauch-Galvanisier­ bad; Fig. 1 shows schematically a hot-dip galvanizing bath;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Stützlagers für die Badrolle und/oder die Stabilisie­ rungs- und Einstellrolle des Bades gemäß Fig. 1. Fig. 2 rungs- a cross-section of a support bearing for the Badrolle and / or the stabilization and adjustment roller of the bath of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt auf schematische Weise einen Zinkbadbereich ei­ ner Bandstahl-Galvanisierlinie. Ein endloses Stahlband 1 wird von einer nicht dargestellten Wickelvorrichtung über einen nicht gezeigten Behälter in einen Glühofen 2 mit Verbren­ nungs-, Oxidations- und Reduktionszonen zum Reinigen des Stahlbandes geführt. Aus dem Ofen 2 wird das Band nach unten in ein Bad aus geschmolzenem Zink geführt, wo es über eine Badrolle 4 geführt ist, die unterhalb der Badoberfläche 5 liegt, von wo aus das Stahlband nach oben gezogen wird. Das Band ist durch Stabilisations- und Einstellrollen 6, 7 ge­ führt, die ebenfalls in das geschmolzene Metall eingetaucht sind und das Band gerade richten. Oberhalb der Badoberfläche sind Luftdüsen 8 gegen das Band gerichtet, um überschüssiges Metall von dem Band wegzublasen, welches anschließend eine Kühlzone 9 durchläuft, bevor es über eine Führungsrolle 10 zum Weitertransport zu einer weiteren Ausrüstung geführt wird, die zum Lagern oder Weiterverarbeiten des Stahlbandes dient, das nunmehr mit einer dünnen Zinkschicht versehen wor­ den ist. Das geschmolzene Zink besitzt typischerweise eine Temperatur von ungefähr 480°C, obgleich der Temperaturbereich als zwischen 400 und 800°C liegend erwartet werden kann, wenn beispielsweise andere Arten von geschmolzenem Metall verwen­ det werden, wie z. B. eine Zink-Aluminium-Legierung. Fig. 1 shows schematically a zinc bath area egg ner strip steel electroplating line. An endless steel strip 1 is guided by a winding device, not shown, via a container, not shown, into a furnace 2 with combustion, oxidation and reduction zones for cleaning the steel strip. From the furnace 2 , the strip is fed down into a bath of molten zinc, where it is passed over a bath roll 4 , which lies below the bath surface 5 , from where the steel strip is pulled upwards. The tape is guided by stabilizing and adjusting rollers 6 , 7 , which are also immersed in the molten metal and straighten the tape. Above the bath surface, air nozzles 8 are directed against the strip in order to blow away excess metal from the strip, which then passes through a cooling zone 9 before it is guided via a guide roller 10 for further transport to further equipment which is used for storing or further processing the steel strip, which is now provided with a thin layer of zinc. The molten zinc typically has a temperature of about 480 ° C, although the temperature range can be expected to be between 400 and 800 ° C when, for example, other types of molten metal are used, such as e.g. B. a zinc-aluminum alloy.

Dies bedeutet, daß die Lager für die Badrolle 4 und auch für die Stabilisierungs- und Einstellrollen 6, 7 in ein sehr hei­ ßes und aggressives Medium eingetaucht werden, welches die Verwendung herkömmlicher Wälzlager unmöglich macht.This means that the bearings for the bath roller 4 and also for the stabilizing and adjusting rollers 6 , 7 are immersed in a very hot and aggressive medium, which makes the use of conventional roller bearings impossible.

In Fig. 2 ist in teilweise geschnittener Darstellung ein Be­ reich der Badrolle 4 gezeigt, die mit ihrer Hauptwelle oder ihrem Wellenzapfen 11 in einem Wälzlager 12 abgestützt ist, das einen inneren Laufring 13, einen äußeren Laufring 14 und eine vollständige Bestückung mit Wälzkörpern 15 aufweist, die zwischen den Laufringen angeordnet sind. Das Lager besitzt eine Toroidform, d. h. es besitzt in Längsrichtung einen Pro­ filradius der Wälzkörper und der Laufbahnen, der wesentlich größer als der Abstand zwischen der Lagerachse und der Lauf­ bahn des äußeren Laufrings 14 ist. Bei einem solchen Lager sind die Wälzkörper frei beweglich zwischen den Laufbahnen und es ist daher sichergestellt, daß das Lager Fehlausrich­ tungen und auch Axialverschiebungen aufnehmen kann.In Fig. 2, a loading area of the bath roller 4 is shown in a partially sectioned illustration, which is supported with its main shaft or its shaft journal 11 in a roller bearing 12 , which has an inner race 13 , an outer race 14 and a complete assembly with rolling elements 15 , which are arranged between the races. The bearing has a toroidal shape, ie it has in the longitudinal direction a pro filradius of the rolling elements and the raceways, which is much larger than the distance between the bearing axis and the raceway of the outer race 14 . In such a bearing, the rolling elements are freely movable between the raceways and it is therefore ensured that the bearing can align misalignments and also accommodate axial displacements.

Da das Lager 12 ein vollständig bestücktes Lager ist, ist ei­ ne maximale Anzahl von Wälzkörpern 15 zwischen die Laufringe 13, 14 eingefügt, und dies kann deswegen leicht bewerkstel­ ligt werden, weil die Laufringe des Lagers verschränkt und axial relativ zueinander bewegt werden können. Folglich be­ sitzt das Lager 12 keinen Wälzkörperkäfig.Since the bearing 12 is a fully stocked bearing, a maximum number of rolling elements 15 is inserted between the races 13 , 14 , and this can be done easily because the races of the bearing can be crossed and moved axially relative to one another. Consequently, the bearing 12 is not a rolling element cage.

Der innere Laufring 13 ist an der Welle mit Hilfe von Posi­ tionierringen 16a, 16b festgelegt, wobei der Positionier­ ring 16a an einem Absatz der Badrolle anliegt, während der andere Positionierring 16b mit der Welle 11 mit Hilfe einer Schweißnaht 17 oder dergleichen fest verbunden ist. Scheiben 18 sind auf beiden Seiten des inneren Laufringes 13 vorgese­ hen, die einen Außendurchmesser besitzen, der größer als der Außendurchmesser des inneren Laufringes 13 ist, wodurch sie die axiale Bewegung der Wälzkörper 15 begrenzen und verhin­ dern, daß die Wälzkörper 15 infolge einer fehlerhaften Hand­ habung beim Montieren oder wegen eines übermäßigen Verschlei­ ßes während des Betriebes aus dem Lager herausfallen können.The inner race 13 is fixed to the shaft with the help of positioning rings 16 a, 16 b, the positioning ring 16 a resting against a shoulder of the bath roll, while the other positioning ring 16 b with the shaft 11 using a weld 17 or the like is firmly connected. Discs 18 are hen hen on both sides of the inner race 13 , which have an outer diameter which is larger than the outer diameter of the inner race 13 , thereby limiting the axial movement of the rolling elements 15 and preventing the rolling elements 15 from a faulty hand can fall out of the bearing during assembly or due to excessive wear during operation.

Der äußere Laufring 14 ist fest mit einem Gehäuse - insgesamt mit 19 bezeichnet - verbunden, das durch Schweißverbindungen 20 angebrachte Seitenringe aufweist. Folglich sind beide Laufringe 13, 14 des Toroidlagers 12 axial festgelegt, aber das Verhalten des Lagers erlaubt es, Axialbewegungen der Wel­ le, beispielsweise durch thermischen Einfluß oder derglei­ chen, in dem Lager selbst auszugleichen.The outer race 14 is fixedly connected to a housing - denoted overall by 19 - which has 20 side rings attached by welded connections. Consequently, both races 13 , 14 of the toroidal bearing 12 are fixed axially, but the behavior of the bearing allows axial movements of the wel le, for example by thermal influence or the like chen, to compensate in the bearing itself.

Zum Verhindern einer übermäßigen axialen Bewegung der Welle 11 ist ein Anschlagelement 21 vorgesehen, das axial außerhalb des Endes des Wellenzapfens 11 angeordnet ist und bei der dargestellten Ausführungsform des Wellenzapfenendes mit einem sphärischen Druckpolster 22 versehen, welches als Begrenzung gegen übermäßige Axialbewegung der Welle wirkt. Die sphäri­ sche Form stellt sicher, daß der Kontakt zwischen dem An­ schlagelement 21 und dem Druckpolster 22 nicht seitlich er­ folgt, auch nicht bei einer Fehlausrichtung des Wellenzapfens 11.To prevent excessive axial movement of the shaft 11 , a stop element 21 is provided, which is arranged axially outside the end of the shaft journal 11 and, in the illustrated embodiment of the shaft journal end, is provided with a spherical pressure cushion 22 , which acts as a limitation against excessive axial movement of the shaft. The spherical shape ensures that the contact between the impact element 21 and the pressure pad 22 does not follow it laterally, even if the shaft journal 11 is misaligned.

Die Verwendung eines Toroidlagers 12 der dargestellten und beschriebenen Art sorgt für einen glatten und gleichmäßigen Betrieb mit niedrigen Reibkräften und erlaubt auch einen be­ stimmten Grad der Fehlausrichtung und axialer Verschiebung der gelagerten Welle, ohne daß unerwünschte Spannungen in dem Lager oder in der gelagerten Vorrichtung, d. h. der Badrolle oder dergleichen, entstehen.The use of a toroidal bearing 12 of the type shown and described provides a smooth and smooth operation with low frictional forces and also allows a certain degree of misalignment and axial displacement of the supported shaft without causing undesirable stresses in the bearing or in the supported device, ie the bath roll or the like.

Aufgrund der hohen Temperaturen und der sehr schwierigen Be­ triebsbedingungen für solche Lageranwendungen mit in Bäder aus geschmolzenem Metall eingetauchten oder der hohen Tempe­ ratur von Wasserdampf und Zunder bei Stranggußmaschinen aus­ gesetzten Wälzkörper würden selbst derartige Toroidlager aus Qualitätsstahl für Lager diesen harten Bedingungen nicht wi­ derstehen.Because of the high temperatures and the very difficult loading drive conditions for such storage applications with in bathrooms made of molten metal or the high tempe steam and scale in continuous casting machines placed rolling elements would even such toroidal bearings Quality steel for bearings doesn't like these tough conditions stand there.

Aus diesem Grund sind die Lagerlaufringe 13, 14 aus einer Ko­ balt-Chrom-Wolfram-Legierung gefertigt, die als Stellit be­ kannt ist und von der Deloro Stellite GmbH hergestellt wird. Die typische Zusammensetzung von Stellit ist 42-70 Ge­ wichtsprozent Kobalt, 23-38 Gewichtsprozent Chrom, 4-22 Gewichtsprozent Wolfram und 0,3-3 Gewichtsprozent Kohlen­ stoff. Die Wälzkörper 15 sind aus Siliziumnitrid gefertigt. Auch die Seitenscheiben 18 und das Anschlagelement 21 sowie das Druckpolster 22 sind vorzugsweise aus Stellit gefertigt.For this reason, the bearing races 13 , 14 are made of a cobalt-chromium-tungsten alloy, which is known as stellite and is manufactured by Deloro Stellite GmbH. The typical composition of Stellite is 42-70 weight percent cobalt, 23-38 weight percent chromium, 4-22 weight percent tungsten and 0.3-3 weight percent carbon. The rolling elements 15 are made of silicon nitride. The side windows 18 and the stop element 21 and the pressure pad 22 are also preferably made of stellite.

Bei derartigen hybriden Toroidwälzlagern hat es sich gezeigt, daß die Lager eine sehr lange Lebensdauer im Vergleich zu früheren Lösungen erreichen, wobei die erwartete Lebensdauer der neuen Lager ungefähr 1500-2000 Stunden beträgt gegen­ über 150-500 Stunden bei existierenden Gleitlagerbuchsen und herkömmlichen Wälzlagerlösungen.With such hybrid toroidal roller bearings, it has been shown that the bearings have a very long life compared to achieve previous solutions while maintaining the expected lifespan the new camp is around 1500-2000 hours over 150-500 hours with existing plain bearing bushes and conventional rolling bearing solutions.

Die Anordnung mit Toroidlagern besitzt eine niedrige Reibung, die Fähigkeit, Fehlausrichtungen und Axialverlagerungen in­ nerhalb des Wälzlagers aufzunehmen, und ferner niedrige Kon­ taktdrücke in den Laufbahnen, was insgesamt zu der Möglich­ keit zur Anwendung in Galvanisierbädern zum Aufbringen dünne­ rer und gleichmäßigerer Metallschichten auf dem Stahlband führt, was von besonderer Wichtigkeit ist, um den Anforderun­ gen der Hersteller von Fahrzeugkarosserien, Auspuffanlagen, Kraftstofftanks und dergleichen an eine hochqualitative Be­ schichtung von Stahl gerecht zu werden.The arrangement with toroid bearings has a low friction, the ability to misalignment and axial misalignment in record within the rolling bearing, and further low con cycle pressures in the careers, which is overall possible for use in electroplating baths to apply thin rer and more even metal layers on the steel belt leads what is of particular importance to the requirements manufacturers of vehicle bodies, exhaust systems, Fuel tanks and the like to a high quality Be layering of steel.

Die gleiche Lagerlösung kann besonders bevorzugt auch bei An­ wendungen in Strangpreßmaschinen verwendet werden, die nicht­ magnetische Eigenschaften benötigen und unter ungünstigen Schmierbedingungen, korrosiver Umgebung und hohen Temperatu­ ren arbeiten. Das Stellitmaterial zeigt ähnlich wie Silizium­ nitrit keine oder nur sehr geringe Reaktion auf Magnetfelder und das Stellitmaterial zeigt weiterhin ein sehr gutes Ver­ halten unter schlechten Schmierbedingungen, im Vergleich zu den meisten anderen Materialien, rostfreien Stahl und Kera­ mikwerkstoffe eingeschlossen.The same storage solution can also be used particularly preferably with An are used in extrusion machines that are not need magnetic properties and under unfavorable Lubrication conditions, corrosive environment and high temperature work. The stellite material shows similar to silicon nitrite no or very little reaction to magnetic fields  and the stellite material continues to show very good ver keep under poor lubrication conditions, compared to most other materials, stainless steel and kera micro materials included.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und in den bei­ gefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern es sind Abwandlungen und Varianten im Rahmen der An­ sprüche möglich. Es versteht sich, daß die Lagerlösung nicht auf die Verwendung im Zusammenhang mit. Bädern aus geschmolze­ nem Metall oder Stranggußanlagen beschränkt ist, sondern sie kann vorzugsweise an jeder Stelle eingesetzt werden, wo die Bedingungen für das Lager infolge von hohen Temperaturen oder anderen ungünstigen Umständen schwierig sind.The invention is not based on the described and in the limited illustrated embodiment shown drawings, but there are modifications and variants within the framework of the An sayings possible. It is understood that the storage solution is not related to use. Melted baths nem metal or continuous casting is limited, but it can preferably be used at any point where the Conditions for the bearing due to high temperatures or other adverse circumstances are difficult.

Claims (4)

1. Lageranordnung zum Einsatz bei Hochtemperatur-Anwen­ dungen, wie z. B. einer Hauptwelle (Badrolle 4) und/oder Stabilisierungsrollen (6, 7) in Zinkbädern von Bandstahl- Galvanisierlinien oder in Stranggußanlagen, wobei das La­ ger durch eine Kombination der folgenden Merkmale gekenn­ zeichnet ist:
das Lager (12) umfaßt einen inneren Laufring (13) und ei­ nen äußeren Laufring (14), die jeweils sich gegenüberste­ hende Laufbahnen haben, sowie eine vollständige Bestüc­ kung mit Wälzkörpern (15), die zwischen den Laufringen angeordnet sind und die Laufbahnen berühren,
die Wälzkörper (15) und Laufbahnen besitzen eine Turoid­ form, d. h. sie haben in Längsrichtung einen Profilradi­ us, der wesentlich größer als der Abstand zwischen der Lagerachse und der Laufbahn des äußeren Lagerringes (14) ist, wodurch die Wälzkörper (15) frei zwischen den Lauf­ bahnen beweglich sind und das Lager dadurch Fehlausrich­ tungen und auch axiale Verlagerungen aufnehmen kann, und die Lagerlaufringe (13, 14) bestehen aus einer Kobalt- Chrom-Wolfram-Legierung, während die Wälzkörper (15) aus Siliziumnitrid bestehen.1. Bearing arrangement for use in high-temperature applications, such as. B. a main shaft (bath roll 4 ) and / or stabilizing rolls ( 6 , 7 ) in zinc baths of steel strip galvanizing lines or in continuous casting plants, the bearing being characterized by a combination of the following features:
the bearing ( 12 ) comprises an inner race ( 13 ) and egg NEN outer race ( 14 ), each of which have standing races, and a full configuration with rolling elements ( 15 ) which are arranged between the races and touch the raceways ,
The rolling elements ( 15 ) and raceways have a turoid shape, ie they have a profile radius in the longitudinal direction, which is much larger than the distance between the bearing axis and the raceway of the outer bearing ring ( 14 ), which means that the rolling elements ( 15 ) freely between the Raceways are movable and the bearing can thereby misalignment and also accommodate axial displacements, and the bearing races ( 13 , 14 ) consist of a cobalt-chromium-tungsten alloy, while the rolling elements ( 15 ) consist of silicon nitride. 2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerlaufringe (13, 14) beide starr an dem abge­ stützten Wellenzapfen (11) bzw. an dem Gehäuse (19) fest­ gelegt sind, wobei Mittel (18) vorgesehen sind, welche die Wälzkörper (15) daran hindern, aus dem Lager heraus­ zufallen, und die aus einer Kobalt-Chrom-Wolfram- Legierung bestehen. 2. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that the bearing races ( 13 , 14 ) are both rigidly fixed to the abge-supported shaft journal ( 11 ) or on the housing ( 19 ), means ( 18 ) being provided which the Prevent rolling elements ( 15 ) from falling out of the bearing, which are made of a cobalt-chromium-tungsten alloy. 3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (21, 22) zum Verhindern einer über­ mäßigen Axialbewegung des abgestützten Wellenzapfens (11) vorgesehen sind, die aus einer Kobalt-Chrom-Wolfram- Legierung bestehen.3. Bearing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that means ( 21 , 22 ) are provided for preventing excessive axial movement of the supported shaft journal ( 11 ), which consist of a cobalt-chromium-tungsten alloy. 4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Legierung aus 42-70 Gewichtsprozent Kobalt, 23-38 Gewichtsprozent Chrom, 4-22 Gewichtsprozent Wolfram und 0,5-3 Gewichtspro­ zent Kohlenstoff zusammensetzt.4. Bearing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the alloy 42-70 weight percent cobalt, 23-38 weight percent chrome, 4-22 weight percent tungsten and 0.5-3 weight percent cent carbon.
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