DE19849333A1 - Selbstausrichtendes Wälzlager - Google Patents

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.

(Beispiel)

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.

(Vergleichsbeispiel)

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.