DE19849333A1 - Selbstausrichtendes Wälzlager - Google Patents
Selbstausrichtendes WälzlagerInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein selbstausrichtendes
Wälzlager, in das ein festes Schmiermittel eingefüllt ist.
Ein selbstausrichtendes Wälzlager besitzt eine Selbstaus
richtungsfunktion. Seine Wälzkörper und sein Innenring kön
nen nämlich bis zu einem gewissen Neigungsgrad relativ zur
Achse des Außenringes drehen. Ein solches selbstausrichten
des Wälzlager wird in Situationen verwendet, in denen der
Innen- und der Außenring aufgrund von Montagefehlern der
Welle zum Gehäuse oder von Biegungen der Welle dazu
tendieren, sich gegeneinander zu neigen, und es ist durch
seine hohe Resistenz gegen Schwingungen und Stoßbelastungen
gekennzeichnet.
Die Fig. 6a und 6b zeigen ein typisches selbstaus
richtendes Wälzlager, das einen mit zwei Wälzbahnen 22 aus
gebildeten Innenring 21, einen mit einer sphärischen Wälz
bahn 24 ausgebildeten Außenring 23 und zwischen den Wälz
bahnen 22 und 24 in zwei Reihen angeordnete tonnenförmige
Wälzkörper 25 umfaßt. Zwischen den Reihen von Wälzkörpern
25 ist ein Käfig 26 angeordnet, der Finger 27 besitzt, die
in die Zwischenräume zwischen den benachbarten Rollen 25 in
jeder Reihe hineinragen.
Das in Fig. 6 gezeigte selbstausrichtende Wälzlager wird in
einer Umgebung verwendet, in der Verschmutzung durch her
austropfendes Fett nicht gestattet ist. Jeder Hohlraum und
Zwischenraum im Lager ist mit einer festen Schmiermittelzu
sammensetzung 28 ausgefüllt. Die feste Schmiermittelzusam
mensetzung 28 wird hergestellt durch Verfestigen einer
flüssigen Mischung, die 6-99 Gew.-% eines Polyolefinpulvers
mit ultrahohem Molekulargewicht, das einen Teilchendurch
messer von 1 bis 100 µm und ein mittleres Molekulargewicht
von 1×106 bis 5×106 aufweist, 1-50 Gew.-% eines festen
Wachses, das Polyethylen mit einem niedrigen Molekularge
wicht enthält, und 5-99 Gew.-% eines Fettes aus Lithiumseife
und Mineralöl umfaßt, indem die Mischung bei einer Tempera
tur, die höher ist als der Verfestigungspunkt des Polyole
fins mit ultrahohem Molekulargewicht und die den Tropfpunkt
des Mineralfettes nicht überschreitet, im dispergierten Zu
stand gehalten wird.
Ein Problem dieses Types von selbstausrichtenden Wälzlagern
ist das große Drehmoment, das aufgrund des erhöhten Glei
treibungswiderstandes, der aus der großen Zahl von Kontakt
bereichen von Innenring, Außenring und Wälzkörpern mit der
festen Schmiermittelzusammensetzung resultiert, erzeugt
wird. Bei Hochgeschwindigkeitsrotation tendiert das Innere
des Lagers dazu, sich aufgrund des Gleitreibungswiderstan
des auf eine Temperatur oberhalb des erlaubten Bereiches
aufzuheizen. Dies führt zu einer plötzlichen Verschlechte
rung der Kennlinie der Hochgeschwindigkeitsrotation.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein selbstausrichten
des Wälzlager des Typs mit festem Schmiermittel zur Verfü
gung zu stellen, das ein kleines Reibungsdrehmoment und
eine gute Kennlinie bei Hochgeschwindigkeitsrotation auf
weist.
Gemäß dieser Erfindung wird ein selbstausrichtendes Wälzla
ger mit einem Außenring, einem Innenring, Wälzkörpern, die
zwischen dem Außenring und dem Innenring in zwei Reihen an
geordnet sind, und einem Käfig mit Fingern, die in die Lücken
zwischen benachbarten Wälzkörpern in jede Reihe hinein
ragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwi
schen dem Außenumfang der Finger und dem Innenumfang des
Außenringes mit einer Schmiermittelzusammensetzung ausge
füllt ist, die hergestellt ist durch Verfestigen einer Mi
schung aus einem Polyolefin mit ultrahohem Molekulargewicht
und einem Fett, zur Verfügung gestellt.
Durch Füllen nur des Zwischenraums zwischen den Fingern des
Käfigs und dem Außenring wird die Zahl der Kontaktbereiche
der festen Schmiermittelzusammensetzung und der Lagerteile
verringert, wodurch sich das Drehmoment und die Wärmebil
dung, die aufgrund der Gleitreibung an den Kontaktabschnit
ten auftreten, wesentlich zu reduzieren.
Die flüssige Mischung aus Polyolefin und Fett wird in den
Zwischenraum zwischen den Fingern des Käfigs und dem Außen
ring eingefüllt, durch Erwärmen ausgeformt und durch Abküh
len verfestigt. Da die verfestigte Schmiermittelzusammen
setzung Öl enthält, haftet der Ölanteil an der Außenfläche
der Wälzkörper, wodurch auch die Gleitflächen des Innen
rings und der Wälzkörper geschmiert werden, obwohl diese
Bereiche nicht mit der festen Schmiermittelzusammensetzung
ausgefüllt sind. Weiterhin kann sich der Ölanteil, der an
den Oberflächen der Wälzkörper anhaftet, beiderseits des
Fingers des Käfigs auf dem Wälzbahn des Außenringes vertei
len, aufgrund der während der Rotation auftretenden Ände
rung des Neigungswinkels zwischen dem Außenring und den
Wälzkörpern, obwohl diese Bereiche nicht mit der festen
Schmiermittelzusammensetzung ausgefüllt sind. Daher werden
die kompletten Wälzbahnen der Außen- und Innenringe ge
schmiert.
Vorzugsweise sollte die Schmiermittelzusammensetzung 30 bis
40% des Volumens des gesamten Zwischenraums im Lager aus
füllen. Ist diese Rate geringer als 30%, ist die Schmierung
u. U. nicht ausreichend. Ist sie größer als 40%, wird das
Reibungsdrehmoment u. U. zu groß.
Wird das selbstausrichtende Wälzlager zur Lagerung von Wal
zen in einem kontinuierlichen Walzwerk für Stahlblech ver
wendet, können diese Walzen gleichmäßig rotieren, wobei sie
auch ungleichmäßigen Lasten und Vibrationen, die auf die
Wälzlager aufgrund von Schlängelung und Flattern des in die
Bahn eingeführten Bleches einwirken, widerstehen können.
Weiterhin ist es weniger wahrscheinlich, daß die Stahl
blechoberfläche durch Fett verschmutzt wird, da Fett weni
ger wahrscheinlich heraustropft. In einem kontinuierlichen
Walzwerk für Blech werden Blechstreifen verarbeitet, wäh
rend sie mit hoher Geschwindigkeit eingeführt werden. Sol
che Walzwerke umfassen auch eine kontinuierliche Säure
waschstraße, eine kontinuierliche Heizstraße und kontinu
ierliche Plattierstraßen. Andere Eigenschaften und Aufgaben
der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Be
schreibung, die mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
erstellt wurde, ersichtlich.
Fig. 1a ist eine Teilansicht eines die Erfindung verkör
pernden selbstausrichtenden Wälzlagers im vertikalen
Schnitt;
Fig. 1b ist eine Seitenansicht desselben;
Fig. 2 ist eine abgewickelte ebene Ansicht der Wälzlager
zeilen in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vertikale geschnittene Ansicht des selbst
ausrichtenden Wälzlagers aus Fig. 1, wie es an einer Um
lenkwalze in einer kontinuierlichen Heizbahn montiert ist;
Fig. 4 ist ein Graph, der das Rotationsdrehmoment des Bei
spiels mit dem eines Vergleichsbeispiels vergleicht;
Fig. 5 ist ein Graph, der den Temperaturanstieg des Wellen
bereiches zeigt;
Fig. 6a ist eine Teilansicht eines konventionellen selbst
ausrichtenden Wälzlagers im vertikalen Schnitt; und
Fig. 6b ist eine Seitenansicht desselben.
Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 wird nun ein Ausführungs
beispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 1 und 2
zeigen ein selbstausrichtendes Wälzlager, das die Erfindung
verkörpert. Wie in den Fig. 1a und 1b gezeigt, umfaßt
dieses selbstausrichtende Wälzlager 1 einen mit zwei Wälz
bahnen 3 ausgebildeten Innenring 2, einen mit einem sphäri
schen Wälzbahn 5 ausgebildeten Außenring 4 und faßförmige
Wälzkörper 6, die zwischen den Wälzbahnen 3 und 5 in zwei
Reihen angeordnet sind. Die Wälzkörper 6 in einer Reihe
sind um eine halbe Teilung von den Wälzkörpern in der ande
ren Reihe versetzt, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Käfig 7 be
sitzt Finger 8, die in einer versetzten Weise in die Lücken
zwischen den benachbarten Wälzkörpern 6 in jeder Reihe hin
einragen.
Der Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der Finger 8 und
dem Innenumfang des Außenringes 4 ist mit einer festen
Schmiermittelzusammensetzung 9 ausgefüllt, die hergestellt
wird durch Aushärten einer flüssigen Mischung aus 20 Gew.-%
eines Polyolefinpulvers mit ultrahohem Molekulargewicht,
das einen Teilchendurchmesser von 30 µm und ein mittleres
Molekulargewicht von 3×106 aufweist, 16 Gew.-% eines flüs
sigen Wachses, das Polyethylen mit einem niedrigen Moleku
largewicht enthält, und 64 Gew.-% eines Litiumseifen-Mine
ralöl-Fettes, indem die Mischung in einem dispergierten Zu
stand auf einer Temperatur, die nicht niedriger ist als der
Versteifungspunkt des Polyolefins mit ultrahohem Molekular
gewicht und die den Tropfpunkt des Fettes nicht überschrei
tet, gehalten wird. Die feste Schmiermittelzusammensetzung
9 füllt 35 Vol.-% des gesamten Raumes im Lager aus. Ihre
höchste erlaubte Temperatur ist 80°C.
Fig. 3 zeigt das selbstausrichtende Wälzlager 1 an einer
Umlenkwalze 10 in einer kontinuierlichen Heizbahn für
Stahlblech montiert. Der Innenring 2 des Lagers 1 ist auf
das Ende der Walze 10 aufgepaßt und sein Außenring 4 ist an
der inneren Oberfläche eines Lagergehäuses 11, das aus zwei
getrennten Hälften besteht, befestigt und gegen Abfallen
durch eine Mutter 12 gesichert.
Im folgenden werden das Beispiel und das Vergleichsbeispiel
beschrieben.
Es wurde ein selbstausrichtendes Wälzlager des in Fig. 1
gezeigten Typs mit einem Innendurchmesser von 80 mm, einem
Außendurchmesser von 140 mm und einer Breite von 33 mm her
gestellt.
Das Vergleichsbeispiel ist ein selbstausrichtendes Wälzla
ger mit denselben Abmessungen wie die des Beispiels, dessen
gesamter Innenraum komplett mit einer festen Schmiermittel
zusammensetzung ausgefüllt ist, wie in Fig. 6 gezeigt.
Die selbstausrichtenden Wälzlager des Beispiels und des
Vergleichsbeispiels wurden auf eine Welle für einen Hochge
schwindigkeits-Rotationstest montiert. Im Test wurde die
Anzahl N der Proben sowohl für das Beispiel als auch für
das Vergleichsbeispiel auf 2 festgelegt, und das Rotations
drehmoment sowie die Temperatur des Wellenabschnittes wur
den gemessen, während die Rotationsgeschwindigkeit der
Welle nach und nach erhöht wurde.
Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Rotationsdrehmomentmessung.
Im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel hat das selbstaus
richtende Wälzlager des Beispiels etwa das halbe Rotations
drehmoment. Es wird davon ausgegangen, daß dies auf der re
duzierten Anzahl von Kontaktbereichen zwischen der festen
Schmiermittelzusammensetzung und den Lagerteilen und auf
der daraus resultierenden Minderung des Gleitreibungswider
standes beruht.
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der Temperaturmessung am Wel
lenabschnitt. Beim Vergleichsbeispiel war die Hitzebildung
aufgrund der Gleitreibung bemerkenswert, und der Wellenab
schnitt wurde bereits bei 800 Umdrehungen pro Minute auf
über 80°C aufgeheizt, was die obere erlaubte Nutzungstempe
ratur darstellt. Bei dem Beispiel war die Temperatur bis zu
etwa 1600 Umdrehungen pro Minute innerhalb des erlaubten
Bereiches. Der Betrieb bei Hochgeschwindigkeitsrotation war
daher ausgezeichnet.
Bei dem selbstausrichtenden Wälzlager gemäß der Erfindung
ist nur der Raum zwischen den Fingern des Käfigs und dem
Außenring mit der Schmiermittelzusammensetzung, die durch
Verfestigen einer Mischung aus einem Polyolefin mit ul
trahohem Molekulargewicht und einem Fett hergestellt ist,
ausgefüllt, um die Zahl an Kontaktbereichen zwischen der
festen Schmiermittelzusammensetzung und den Lagerteilen zu
reduzieren. Es ist so möglich, Drehmoment und Wärmebildung
aufgrund des Reibungswiderstandes an den Kontaktbereichen
signifikant zu reduzieren. Dies verbessert den Betrieb bei
Hochgeschwindigkeitsrotation.
Claims (3)
1. Selbstausrichtendes Wälzlager mit einem Außenring,
einem Innenring, Wälzkörpern, die zwischen dem Außenring
und dem Innenring in zwei Reihen angeordnet sind, und einem
Käfig mit Fingern, die in die Lücken zwischen benachbarten
Wälzkörpern in jeder Reihe hineinragen, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem
Außenumfang der Finger und dem Innenumfang des Außenrings
mit einer Schmiermittelzusammensetzung ausgefüllt ist, die
hergestellt ist durch Verfestigen einer Mischung aus einem
Polyolefin mit ultrahohem Molekulargewicht und einem Fett.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schmiermittelzusammensetzung 30
bis 40% des freien Volumens in dem Wälzlager ausfüllt.
3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß es ein Wälzlager zum Lagern
einer Walze in einem Stahlwalzwerk ist.
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- 1998-08-11 JP JP10226810A patent/JPH11193817A/ja active Pending
- 1998-10-23 US US09/177,084 patent/US6116785A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-10-26 DE DE19849333A patent/DE19849333A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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