Rollenlager

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager zur Lagerung eines Rollenzapfens einer Rolle in einem Rollenarm einer Schmelztauchbeschichtungsanlage.

Bei Bandanlagen mit Schmelztauchbeschichtung für metallische überzüge werden in den Beschichtungsbädern, nachfolgend Metallbäder genannt, Umlenkrollen, Korrigierrollen und Stabilisierungsrollen zur Führung des Bandes durch das Bad benutzt. Diese werden nach dem Stand der Technik in kerami- sehen Gleitlagern gelagert. Beispiele hierfür sind in den Druckschriften DE 195 11 943 A1 , DE 102 27 778 A1 und DE 102 36 113 B3 offenbart.

Bekannte Rollenlager sind in so genannten Rollearmen der Schmelztauchbe- schichtungsanlage angeordnet, mit denen eine jeweilige Rolle in das Metall- band eingetaucht wird. Die Rolle ist dabei über ihre Rollenzapfen in den Rollenlagern gelagert. Die in den Rollenarmen eingebauten Rollenlager sind im Stand der Technik in der Regel starr oder nur in einer Richtung beweglich aufgehängt. Bei Schiefstellungen zwischen dem Rollenzapfen und der Lageroberfläche, wie sie beispielsweise durch Ausrichtfehler oder thermische Deformationen auftre- ten können, liegt der Rollenzapfen nicht mehr vollständig auf dem Rollenlager auf. Die Folge sind höhere Flächenpressungen und damit verbunden ein höherer Verschleiß der Rollenlager.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Rollenlager für Rollen in Schmelztauchbe- Schichtungsanlagen dahingehend zu verbessern, dass die Lagerung des Rollenzapfens bzw. der Rolle auch bei Schiefstellungen zwischen dem Rollenzapfen und der Lageroberfläche nicht beeinträchtigt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Rollenlager kardanisch ausgebildet ist zur kardanischen Lagerung des Rollenzapfens.

Die kardanische Ausgestaltung des Rollenlagers bietet den Vorteil, dass die Rollen bzw. der Rollenzapfen in dem Rollenlager nicht nur um die Rollenachse drehbar gelagert ist, sondern zusätzlich auch in mindestens einem weiteren Freiheitsgrad bewegbar ist, ohne dass die Qualität der Lagerung zum Beispiel durch eine erhöhte Reibung nachteilig beeinflusst werden würde.

Die Möglichkeit zur Rotation der Rolle um ihre eigene Rollenachse wird nachfolgend als erster Freiheitsgrad bezeichnet.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Rollenlagers ist dieses gekenn- zeichnet durch eine in dem Rollenarm gelagerte Buchse mit einer öffnung zur Aufnahme des Rollenzapfens und ein Einbaustück, wobei das Einbaustück in der Buchse um eine erste Schwenkachse S1 schwenkbar gelagert ist. Die Möglichkeit zum Schwenken um die Schwenkachse S1 repräsentiert einen zweiten Freiheitsgrad für die Rolle.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Rollenlager gekennzeichnet durch eine in dem Rollenarm gelagerte Buchse mit einer öffnung zur Aufnahme des Rollenzapfens, ein Einbaustück und mindestens einen Lagerkörper für den Rollenzapfen, wobei der Lagerkörper in dem Einbaustück um eine zweite Schwenkachse S2 schwenkbar gelagert ist. Die Möglichkeit zum Schwenken um die zweite Schwenkachse S2 repräsentiert einen dritten Freiheitsgrad für die Rolle.

Die beiden soeben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind vorteilhafterweise in einem Rollenlager miteinander kombinierbar, so dass der Rolle in diesem Falle die drei genannten Freiheitsgrade zur Verfügung stehen.

Die Ausbildung von zwei V-förmig angeordneten Lagerflächen auf dem Lagerkörper bietet den Vorteil, dass der Rollenzapfen bei seiner Lagerung auf dem Lagerkörper in seiner örtlichen bzw. räumlichen Position auch während einer durchgeführten Drehbewegung stabilisiert wird.

Eine Ausbildung des Lagerkörpers, zumindest jedoch der Lagerflächen aus Keramik bietet den Vorteil eines geringen Verschleißes bei gleichzeitig hoher Temperaturfestigkeit.

Vorteilhafterweise sind die Lagerkörper, zumindest jedoch die Lagerflächen als Verschleißteile auswechselbar.

Es ist ausreichend, wenn das Einbaustück und/oder der Lagerkörper nicht vollumfänglich am Rand der öffnung der Buchse, sondern nur auf der Belastungs- seite des Rollenlagers angeordnet sind, weil nur dort während des Betriebs der Schmelztauchbeschichtungsanlage, das heißt während der Umlenkung des Metallbandes in dem Metallbad durch die Rolle, eine Kraft auf die Lagerflächen ausgeübt wird.

Die Möglichkeit zum Verdrehen der Buchse zusammen mit dem darin gelagerten Einbaustück und dem Lagerkörper in dem Rollenarm um einen bestimmten Verdrehwinkel α um die Mittelachse der zylinderförmigen Buchse bietet den Vorteil, dass der Lagerkörper mit den Lagerflächen symmetrisch zu einer Kraftresultierenden ausgerichtet werden kann, welche sich aufgrund der von dem umgelenkten Metallband auf die Rolle ausgeübten Zugkräfte einstellt und auf das Rollenlager wirkt. Die resultierende Kraft wirkt nicht immer senkrecht zur Badoberfläche nach oben, sondern ihre Richtung hängt primär ab von dem Ein- lauf- und dem Auslaufwinkel des Metallbandes um die Rolle, deshalb auch nicht die Rotationsbewegungen des Rollenzapfens bzw. der Rolle um die Rollenach- se mit aus. Vielmehr ist der Rollenzapfen in der öffnung der Rollenbuchse lose, das heißt frei drehbar gelagert. Im Belastungsfalle, das heißt bei Auftreten der resultierenden Zugkraft durch das umgelenkte Metallband wird der Rollenzapfen von unten gegen die besagten Lagerflächen gedrückt; bei Fehlen dieser resultierenden Zugkraft, das heißt bei Nicht-Betrieb der Schmelztauchbeschich- tungsanlage fällt der Rollenzapfen mit der Rolle auf den tiefsten Punkt der öffnung in der Buchse herab und er hat dann in der Regel keinen Kontakt mehr zu

den Lagerflächen. Weil die öffnung der Buchse größer ist als der Durchmesser des Rollenzapfens fällt die bewegliche Rollenachse in der Regel nicht mit der Mittelachse der zylinderförmigen Buchse zusammen.

Das beschriebene Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur für Umlenkrollen, sondern auch für Korrigierrollen oder Stabilisierungsrollen zur Führung des Metallbandes innerhalb oder außerhalb des Metallbades geeignet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Beschreibung sind insgesamt vier Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 Rollenarme mit Rollen eingetaucht in das Metallbad einer Schmelztauchbeschichtungsanlage;

Figur 2 den Aufbau des erfindungsgemäßen Rollenlagers im Detail;

Figur 3 eine erste Querschnittsansicht der in den Rollenarmen gelagerten Rolle; und

Figur 4 eine zweite Querschnittsansicht der in den Rollenarmen gelagerten Rolle

zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.

Figur 1 zeigt wesentliche Teile einer Schmelztauchbeschichtungsanlage, nämlich ein Metallbad 400 mit darin enthaltenem flüssigen Metall zum Beschichten eines Bandes 500, insbesondere eines Metallbandes. An einem Rollenarm 300 gelagert, ist eine Rolle 200 in das Metallbad 400 eingetaucht. Die Rolle ist über ein erfindungsgemäßes Rollenlager 100 an dem Rollenarm 300 gelagert. Die Rolle 200 in Figur 1 dient zum Umlenken eines Metallbandes 500 in dem Metallbad. Neben dem großen Rollenarm 300 sind in Figur 1 kleinere Rollenarme 310, 320 gezeigt, an denen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Rollenlagers 100 Korrigierrollen oder Stabilisierungsrollen zum Führen des Metallbandes 500 gelagert sind.

Figur 2 veranschaulicht den konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Rollenlagers 100. Das Rollenlager 100 ist kardanisch ausgebildet und bietet eine Bewegungsmöglichkeit für die Rolle 200 bzw. für den Rollenzapfen 210 in mehreren Freiheitsgraden.

In Figur 2 ist das untere Ende des Rollenarmes 300 gezeigt in dem eine Buchse 110 mit einer öffnung 112 zur Aufnahme des Rollenzapfens 210 gelagert ist. Der Rollenzapfen 210 ist in der öffnung 112 um die Rollenachse R frei drehbar gelagert. Eventuell vorhandenes Spiel zwischen der Außenseite des Rollenzap- fens und der Innenseite der öffnung ist unschädlich. Die Möglichkeit zur Drehung um die Rollenachse repräsentiert einen ersten Freiheitsgrad für die Bewegungen der Rolle 200.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in der Buchse ein Einbaustück 120 um eine erste Schwenkachse S1 drehbar gelagert. Die Drehung erfolgt beispielsweise um einen Drehbolzen D. In diesem Fall sind die gegenüberliegenden und rotationssymmetrisch zu der ersten Schwenkachse angeordneten Flächen F gerundet bzw. zylinderförmig ausgebildet, um die Schwenkbewegung des Einbaustückes innerhalb der Buchse überhaupt zu ermöglichen. Die Mög- lichkeit zum Schwenken um die erste Schwenkachse S1 repräsentiert einen zweiten Freiheitsgrad für die Rolle 200.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Lagerkörper 130 für den Rollenzapfen in dem Einbaustück 120 um eine zweite Schwenkachse S2 schwenkbar gelagert. Zum ermöglichen dieser Schwenkbewegung sind die gegenüberliegenden Flächen von Einbaustück 120 und Lagerkörper 130 gerun- det, dass heißt zylinderförmig gegenüber der Schwenkachse S2 ausgebildet. Die Möglichkeit zum Schwenken um die Schwenkachse S2 repräsentiert einen dritten Freiheitsgrad für die Rolle.

Die soeben beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Realisierung des zweiten und dritten Freiheitsgrades können jeweils einzeln aber auch in Kombination miteinander in dem Rollenlager realisiert sein, wie dies in Figur 2 veranschaulicht ist.

Der Lagerkörper 130 weist zwei V-förmig angeordnete Lagerflächen 132a, 132b auf, auf denen der Rollenzapfen 210 insbesondere bei Belastung durch das umgelenkte Metallband 500 drehbar gelagert ist. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Rollenzapfen 210 von unten gegen die V-förmig angeordneten Lagerflächen 132a, 132b gedrückt. Dieses Andrücken des Rollenzapfens bzw. der Rolle erfolgt durch eine resultierende Kraft FR, welche durch das von der Rolle umgelenkte Metallband auf die Rolle und den Rollenzapfen ausgeübt wird und welche in Figur 2 beispielhaft senkrecht nach oben in Pfeilrichtung wirkt. In diesem Betriebszustand kann zum Boden der öffnung 112 hin durchaus Spiel vorhanden sein, wie dies in Figur 2 angedeutet ist. Der Lagerkörper 130 kann entweder einstückig oder vorzugsweise zweistückig aus- gebildet sein, wobei dann jeweils ein Teil des Lagerkörpers die Lagerflächen 132a und 132b aufweist. Vorzugsweise sind die Lagerkörper, zumindest jedoch die Lagerflächen als Verschleißteile auswechselbar in dem Rollenlager angeordnet. Die Lagerkörper 130, zumindest jedoch die Lagerflächen 132a, 132b sind vorzugsweise aus Keramik gefertigt, weil Keramik zum einen besonders hart und damit besonders verschließfest ist und zum anderen den hohen Umgebungstemperaturen, wie sie innerhalb des Metallbades herrschen, standhal-

ten kann. Das Einbaustück und der Lagerkörper sind mit Hilfe von Fixiermitteln 140 auf der Belastungsseite der öffnung 112 in der Buchse 110 fixiert ist. Die Belastungsseite ist diejenige Seite, gegen welche der Rollenzapfen bei Umlenkung des Metallbandes aufgrund der resultierenden Zugkraft F _R gedrückt wird.

In Figur 2 ist zu erkennen, dass die Buchse 110 in dem Rollenarm drehbar gelagert ist. Konkret ist die Buchse auf einen vorbestimmbaren Verdrehwinkel α ausrichtbar. Dabei wird die Buchse in die Richtung der resultierenden Zugkraft FR ausgerichtet, wobei die Richtung dieser resultierenden Zugkraft von den Winkeln abhängig ist, mit denen das Metallband in das Metallbad eintaucht, bevor es durch die Rolle 200 umgelenkt wird und von dem Ausfallswinkel, mit dem das Metallband das Metallbad verlässt, nachdem es von der Rolle 200 umgelenkt wurde. Ausgerichtet ist das erfindungsgemäße Rollenlager dann, wenn die Richtung der ersten Schwenkachse S1 mit der Richtung der Zugkraft FR übereinstimmt. Das Ausrichten hat den Vorteil, dass die beiden V-förmigen Lagerflächen 132a, 132b während des Betriebs der Schmelztauchbeschich- tungsanlage bei Belastung durch den Rollenzapfen bei Umlenkung des Metallbandes 500 gleichermaßen stark belastet werden.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch die Rollenarme 300 mit dazwischen gela- gerter Rolle 200 in der Schnittebene Ill-Ill gemäß Figur 1.

Figur 3 zeigt eine Schiefstellung der Rollenarme 300 in Blickrichtung III. Figur 3 zeigt, wie in diesem Fall das Rollenlager 100 diese Schiefstellung der Rollenarme 300 kompensiert ohne das dadurch die Lagerung der Rolle 200 bzw. der Rollenzapfen 210 beeinträchtigt werden würde. Konkret wird in diesem Fall insbesondere der dritte Freiheitsgrad wirksam, in dem der Lagerkörper 130 gegenüber dem Einbaustück um die zweite Schwenkachse S2 um den Winkel A ausschwenkt.

Im Unterschied zu Figur 3 zeigt Figur 4 eine Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Anordnung in der Schnittebene IV-IV. Bei einer Schiefstellung der RoI-

lenarme 300 aus dieser Perspektive, dass heißt in der X-Z-Ebene, wird der zweite Freiheitsgrad wirksam, in dem das Einbaustück 120 gegenüber der Buchse 110 um die erste Schwenkachse S1 drehbar verlagert ist. Auch in diesem Fall erfolgt eine Kompensation der besagten Schiefstellung der Rollenarme 300 durch das kardanische Rollenlager. Bei einer Realisierung des ersten, zweiten und dritten Freiheitsgrades in dem Rollenlager durch die in Figur 2 gezeigte Ausführung ist eine verbesserte, reibungsfreiere Lagerung der Rolle unabhängig von der Schiefstellung der Rollenarme möglich.