NL9301366A - Lagerinrichting, wentellager voor toepassing daarin, en werkwijze voor het vervaardigen van een deel van de lagerinrichting. - Google Patents

Description

Lagerinrichting, wentellager voor toepassing daarin, en werkwijze voor het vervaardigen van een deel van de lagerinrich-ting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een lagerinrichting die geschikt is voor het opvangen van schokbe-lastingen en is voorzien van ten opzichte van elkaar draaibare concentrische delen, welke delen als groep een wentellager en verder ten minste een tweede aangrenzend wentellager en/of een huisdeel omvatten, waarbij de delen elkaar kunnen raken op naar elkaar toegekeerde, aanliggende contactvlakken.

Een dergelijke lagerinrichting is bekend en wordt bijvoorbeeld toegepast in een installatie voor het walsen van staal. De hierin gebruikte lagerinrichtingen bevatten veelal verscheidene concentrisch ten opzichte van elkaar, en met verschillende snelheid ten opzichte van elkaar draaibare wentellager s. Bij het walsen ontstaan naast radiale krachten schok-belastingen in axiale richting. Wanneer door een axiale beweging van de wentellagers de contactvlakken van de wentellagers elkaar raken ontstaat door wrijving, tijdens slip tussen de contactvlakken van de wentellagers, plotseling een flink verhoogde temperatuur welke door afvoer van warmte naar de wentellagers weer zeer snel daalt. De grote en snelle temperatuurt luctuat ie heeft een zogenaamde "witte laag” op het contactoppervlak tot gevolg. Deze witte laag kenmerkt zich door van het lagermateriaal, dat gebruikelijk staal is, afwijkende metallurgische eigenschappen. Op den duur ontstaan op regelmatige afstand van elkaar gelegen microscheuren in het contactoppervlak die zich na verloop van tijd tot in het wentellager uitbreiden. Dit probleem is beschreven in Die WSlzlager - w. Jürgensmeyer; Berlijn, uitgeverij van Julius Springer, 1937. Het wentellager moet na het optreden van microscheuren in het contactvlak ervan worden vervangen om beschadiging van de lagerinrichting en bijgevolg ongepland stilvallen van het wals-proces te voorkomen.

De onderhavige uitvinding beoogt het optreden van grote temperatuurtluctuaties aan de contactvlakken die microscheuren tot gevolg hebben te voorkomen en een lagerinrichting te verschaffen met een langere levensduur.

Daartoe wordt de lagerinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat van ten minste twee naar elkaar toegekeerde, aanliggende contactvlakken één contactvlak is bekleed met een wrijving-verlagende laag.

Door de wrijving-verlagende laag wordt de tijdsduur waarover slip tussen de contactvlakken van verschillende wen-tellagers en/of huisdelen optreedt vergroot, terwijl er per tijdseenheid minder warmte wordt ontwikkeld. Het duurt langer voordat de wentellagers dezelfde relatieve snelheid hebben en de wrijvingswarmte kan over langere tijd worden afgevoerd. Bijgevolg loopt de temperatuur aan het contactoppervlak niet zo snel op en wordt het optreden van microscheurvorming vermeden althans uitgesteld. De lagerinrichting heeft bijgevolg een langere levensduur.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een deel van de hiervoor beschreven lagerinrichting, waarbij het deel is voorzien van ten minste één uitwendig contactvlak.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat ten minste één uitwendig contactvlak door thermisch spuiten wordt bekleed met een wrijving-verlagende laag.

Aldus wordt op doelmatige wijze, te weten met een relatief grote aangroeisnelheid van de laag, een wrijving-verlagende laag aangebracht.

Volgens een voorkeursuitvoering geschiedt het aanbrengen van de wrijving-verlagende laag door middel van draad-spuiten.

Deze techniek maakt het mogelijk op economische wijze de wrijving-verlagende laag aan te brengen.

De uitvinding heeft verder betrekking op een wentel-lager voor toepassing in een lagerinrichting volgens de uitvinding, welke wordt gekenmerkt doordat dit ten minste één contactoppervlak heeft dat is bekleed met een wrijving-verlagende laag.

Thans zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van de tekening die een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding weergeeft.

Fig. 1 is een halve langsdoorsnede van een lagerinrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een vergrote weergave van het middelste deel van fig.l

Fig. 3a laat voor een laboriatoriumsimulatie van in een lagerinrichting optredende axiale schokbelastingen het temperatuurverloop zien nabij onbeklede contactoppervlakken, terwijl fig. 3b en 3c het effect op de temperatuur laten zien van respectievelijk een bronslaag en een molybdeenlaag op één van twee naar elkaar toegekeerde contactvlakken.

In fig. 1 is een gedeelte van een lagerinrichting 1 afgeheeld, waarin het verwijzingscijfer 2 een huis aangeeft waaraan twee huisdelen 3 en 3' zijn bevestigd welke tot doel hebben hierna te beschrijven wentellagers bijeen te houden. De huisdelen 3 en 3' omvatten, naast verder niet in detail beschreven afdichtingen, klemplaten 4 en 4', welke draaibaar zijn en tot het huis worden gerekend. De klemplaat 4 staat op zijn beurt weer in contact met een wals 5. Tussen de klemplaten 4, 4' en het huis 2 zijn twee cilinderlagers 6, 6' opgenomen, tussen welke cilinderlagers zich een dubbel kegellager 7 bevindt. De wentellagers 6, 6' en 7 zijn concentrisch en aangrenzend ten opzichte van elkaar opgesteld. De cilinderlagers 6, 6' omvatten een binnenste loopvlakring 8 resp. 8' , een buitenste loopvlakring 9 resp. 9' en wentellichamen 10 resp. 10', waarbij voor elke cilinderlager 6 resp. 6' slechts een is weergegeven. Het dubbele kegellager 7 omvat een binnenste loopvlakring 11, een buitenste loopvlakring 12 met daartussen twee, een hoek ten opzichte van elkaar makende rijen wentelli-chamen 13 resp. 13', waarbij van elke rij wentellichamen één wentellichaam is weergegeven. De inwendige diameters van de binnenste loopvlakringen 8, 8* en 11 zijn gelijk. De binnenste loopvlakringen 8 en 11 kunnen elkaar raken op contactvlakken 16 resp. 16' en binnenste loopvlakringen 11 en 8' kunnen elkaar raken op contactvlakken 17' resp. 17. In de hier geschetste lagerinrichting strekken de contactvlakken welke in fig. 2 duidelijk vergroot zijn weergegeven, zich in radiale richting uit. De wals 5 heeft een walsas 14 waarvan de uitwendige diameter althans nagenoeg gelijk is aan de inwendige diameter van de binnenste loopvlakringen 8, 8' van de cilinderlagers 6, 6'. Ter hoogte van de binnenste loopvlakring 11 van het dubbele kegellager 7 is de diameter van de walsas 14 enigszins kleiner waardoor een spleet 15 wordt gevormd en de binnenste loopvlakring 11 niet met de walsas 14 in aanraking kan komen.

De werking van de lagerinrichting 1 is als volgt. Het gewicht van de wals 5 alsmede krachten tijdens het walsproces zorgen voor een door de walsas 14 uitgeoefende radiale belasting van de cilinderlagers 6, 6*. Tijdens het walsproces treden ook schoksgewijze axiale krachten op waardoor de lagerinrichting 1 in axiale richting wordt belast. Deze krachten mogen niet door de cilinderlagers 6, 6' worden opgevangen, aangezien deze cilinderlagers anders beschadigd kunnen raken, en dienen te worden doorgegeven aan en opgevangen door het kegel-lager 7. Dit geschiedt als volgt. Een ten gevolge van het walsproces optredende axiale kracht in de richting van de lagerinrichting wordt door de wals 5 via klemplaat 4 overgebracht op de binnenste loopvlakring 8 van het cilinderlager 6. Door in het cilinderlager 6 aanwezige axiale speling wordt dit niet belast en geeft het contactvlak 16 van de binnenste loopvlakring 8 de kracht via contactvlak 16' door aan het binnenste loopvlaklager 11. Via het kegelvormige wentellichaam 13', buitenste loopvlakring 12 van het kegellager 7 en buitenste loopvlakring 9' van het cilinderlager 6' wordt de kracht via huisdeel 3' op het huis 2 overgebracht. Geen van de cilinderlagers 6, 6' staat door de genoemde, aanwezige axiale speling bloot aan voor het lager bezwaarlijke axiale krachten. Door de kleinere diameter van de walsas 14 ter hoogte van het kegellager 7 staat de walsas 14 niet in contact met de binnenste loopvlakring 11 van het kegellager 7. Het kegellager 7 wordt derhalve niet in radiale richting belast. Dit heeft tot gevolg dat bij afwezigheid van axiale belasting de binnenste loopvlakring 11, door het contact met het stilstaande huis 2 via kegelvormige wentellichamen 13, 13' en de ten opzichte van het huis 2 draaibare, buitenste loopvlakring 12 tot stilstand zal komen, in tegenstelling tot de binnenste loopvlakringen 8, 8' van de radiaal-belaste cilinderlagers 6, 6'. Door het optreden van een axiale kracht raken de contactvlakken 16, 16' van resp. de binnenste loopvlakring 8 van het cilinderlager 6 en de binnenste loopvlakring 11 van het kegellager 7 elkaar. Door het grote snelheidsverschil treedt slip op tussen het contactvlak 16 van de draaiende binnenste loopvlakring 8 en het contactvlak 16' van de niet of veel minder snel draaiende binnen- ste loopvlakring 11, waarbij kortdurende temperatuurtluctua-ties ontstaan met negatieve gevolgen voor de materiaaleigenschappen op de contactvlakken 16, 16' van de respectievelijke binnenste loopvlakringen 8 en 11.

Volgens de uitvinding is van de naar elkaar toegekeerde contactvlakken 16, 16' (resp. 17', 17) van de binnenste loopvlakringen 8 en 11 (resp. 11 en 8') één contactvlak voorzien van een wrijving-verlagende laag.

Het contactvlak van de onbeklede binnenste loopvlakring, gevormd uit materiaal dat gebruikelijk staal is, komt daardoor in geval van axiale belasting in contact met de wrijving-verlagende laag van het contactvlak van de beklede binnenste loopvlakring. Met dat beklede contactvlak volgens de uitvinding wordt het optreden van ongewenste metallurgische veranderingen, zoals de vorming van een witte laag en het ontstaan van microscheuren vermeden of in ieder geval uitgesteld.

De wrijving-verlagende laag kan zijn opgebracht door thermisch spuiten, zoals plasmaspuiten of draadspuiten. Hierbij geniet draadspuiten de voorkeur boven andere spuitmetho-den. Het door middel van thermisch spuiten opgebrachte materiaal is bij voorkeur brons of ook molybdeen. De techniek van het draadspuiten van brons en molybdeen is bij de vakman bekend. Bij het draadspuiten wordt gewerkt met een werkgasstroom waarvoor bijvoorkeur lucht wordt gebruikt. Hierdoor heeft een met draadspuiten opgebrachte brons- of molybdeenlaag een zeker zuurstofgehalte. Aldus aangebrachte zuurstofhoudende brons- en molybdeenlagen zijn zeer geschikt gebleken.

Om het effect van de wrijving-verlagende laag volgens de uitvinding te onderzoeken, is in een laboratoriumopstelling het optreden van slip ten gevolge van een axiale schokbelas-ting nagebootst. Hierbij werden twee concentrische buitenste ringen van gelijke grootte geroteerd met een snelheid van 2058 tpm, terwijl een deze twee buitenste ringen niet rakende, concentrisch daartussen geplaatste en evengrote binnenste ring stil stond. Vervolgens werden met een hydraulisch systeem de twee buitenste ringen met een kracht van 825 N tegen de binnenste ring gedrukt. Deze procedure werd herhaald, waarbij de kracht gedurende 5 seconden werd aangelegd en vervolgens 30 seconden niet. De temperatuur werd gemeten zo dicht mogelijk bij de contactvlakken tussen een buitenste ring en de binnen- ste ring. Het zal duidelijk zijn dat op de contactoppervlakken zelf veel hogere, de materiaaleigenschappen van de contactoppervlakken aantastende, temperaturen worden bereikt. Het meten van de temperaturen aan de contactoppervlakken zelf is zeer lastig terwijl het meten nabij de contactoppervlakken veel eenvoudiger is en reeds voldoende indicatie geeft voor de aan de contactoppervlakken optredende temperaturen. In fig. 3a is voor onbeklede ringen het temperatuurverloop, alsmede het draaimoment zoals dat gemeten is met een sensor, uitgezet tegen het aantal omwentelingen van de buitenste ringen. Te zien valt dat de temperatuur fluctueert tussen ca. 60 en 130°C. Het draaimoment, dat een maat is voor de hoeveelheid wrijving, is ca 20 Nm. Na ca. 67.000 omwentelingen ontstond een witte laag gevolgd door de vorming van microscheuren. Daarop werd het experiment afgebroken.

In overeenstemming met de uitvinding werden de con-tactvlakken van de binnenste ring voorzien van een door middel van draadspuiten opgebrachte, 0,5 mm dikke laag molybdeen (fig. 3b) of brons (fig. 3c). Vervolgens werd ca. 0,1 mm afgedraaid waardoor een 0,3 tot 0,4 dikke laag overbleef.

Het in fig. 3b afgeheelde temperatuurverloop voor een met molybdeen bekleed contactvlak laat zien dat met name in het begin de temperatuurfluctuaties veel geringer zijn en dat minder hoge temperaturen worden bereikt. Uiteindelijk varieert de temperatuur in het bereik van 60 tot ca. 110°C. Na ca. 430.000 toeren is de molybdeenlaag nagenoeg verdwenen en heeft het draaimoment een waarde van ca. 20 Nm bereikt. In vergelijking met de onbeklede binnenringen uit het hiervoor beschreven experiment gaan de ringen waarbij een contactvlak met molybdeen is bekleed ca. 6 keer langer mee.

Fig. 3c laat het temperatuurverloop zien voor een met brons (Sprabronze AA) beklede binnenring. De temperatuur beweegt zich gedurende 1,2 miljoen toeren tussen ca. 45 en 85°C. Het draaimoment ligt duidelijk beneden 20 Nm, ook nabij het einde van het experiment wanneer de bronsbekleding vrijwel geheel verdwenen is. Gemiddeld gaan de ringen bij bekleding van een contactvlak met brons 20 keer langer mee dan in geval van onbeklede ringen.

Met deze voorbeelden is aangetoond dat door gebruik van een wrijving-verlagende laag volgens de uitvinding de grootte van de temperatuurtluctuaties wordt verkleind en pas veel later bezwaarlijk hoge waarden worden bereikt. De levensduur van de ringen, d.w.z. voordat een witte laag ontstond en microscheurvorming optreedt, wordt sterk verlengd, met name wanneer brons als bekledingsmateriaal wordt toegepast. In de volgende tabel is de gemiddelde levensduur van de ringen gegeven.

laag levensduur in tpm brons 1.400.000 molybdeen 420.000 onbekleed 70.000

Over het algemeen is de dikte van de wrijving-verla-gende laag 0,1 tot 1 mm, afhankelijk van het toegepaste materiaal. Voorkeur wordt gegeven aan lagen tussen 0,2 en 0,5 mm.

De wrijving-verlagende laag slijt tijdens bedrijf van de lagerinrichting af en om een indicatie daarvan te krijgen kan de wrijving-verlagende laag een eerste en een tweede wrijving-verlagende laag omvatten, waarbij deze een verschillende kleur hebben. Hiertoe kan op de binnenste loopvlakring eerst een dunne laag molybdeen zijn aangebracht gevolgd door een dikkere laag brons. Wanneer de molybdeenlaag door slijtage zichtbaar wordt dient het lager te worden vervangen en geschiedt dit voordat schade aan het lager is aangericht. Aangezien het lager onbeschadigd is gebleven, biedt dit de mogelijkheid het betreffende lagerdeel van de lagerinrichting van een nieuwe wrijving-verlagende laag te voorzien, waarbij vóór het bekleden van het contactvlak restanten van een eerder aangebrachte wrijving-verlagende laag kunnen worden verwijderd.

De uitvinding is niet beperkt tot in de staalindustrie toegepaste uitvoeringsvormen van lagerinrichtingen noch tot het voorkomen van problemen door axiale schokbelastingen.

Claims (13)

1. Lagerinrichting (1) die geschikt is voor het opvangen van schokbelastingen en is voorzien van ten opzichte van elkaar draaibare concentrische delen (2,3,3',6,6',7), welke delen als groep een wentellager (6,6',7)en verder ten minste een tweede aangrenzend wentellager en/of een huisdeel (2, 3,3') omvatten, waarbij de delen (2,3,3',6,6',7) elkaar kunnen raken op naar elkaar toegekeerde, aanliggende contactvlak-ken (16,161,17,171), met het kenmerk, dat van ten minste twee naar elkaar toegekeerde, aanliggende contactvlakken (16,16'; 17,17') één contactvlak is bekleed met een wrijving-verlagende laag.

2. Lagerinrichting (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wrijving-verlagende laag 0,2 tot 0,5 mm dik is.

3. Lagerinrichting (1) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de wrijving-verlagende laag brons bevat.

4. Lagerinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de wrijving-verlagende laag molybdeen bevat.

5. Lagerinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de wrijving-verlagende laag een eerste en een tweede wrijving-verlagende laag omvat en deze een verschillende kleur hebben.

6. Lagerinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies, voorzien van ten minste een kegellager (7) en geschikt voor het opvangen van axiale schokbelastingen, met het kenmerk, dat het beklede contactvlak (16,16',17,17') deel uitmaakt van een zich in radiale richting uitstrekkend zijvlak van ten minste een van de delen (6,6',7).

7. Lagerinrichting (1) volgens conclusie 6, voorzien van twee aandrukdelen (4,4') die een dubbel kegellager (7) met aan weerszijden daarvan een cylinderlager (6,6') bijeenhouden, waarbij elk wentellager een binnenste loopvlakring (8,8',11) en een buitenste loopvlakring (9,9',12) omvat, met het kenmerk, dat de binnenste loopvlakring (11) van het dubbele kegellager (7) aan de zich aan weerszijden van de binnenste loopvlakring (11) bevindende, zich in radiale richting uitstrekkende zijvlakken op de contactvlakken (16', 17') ervan is bekleed met de wrijving-verlagende laag.

8. Wentellager (6,6',7) voor toepassing in een lager-inrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit ten minste één contactvlak (16,16',17,17') is bekleed met een wrijving-verlagende laag.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een deel (2,3, 3',6,6',7) van een lagerinrichting (1) volgens een der conclusies 1 to 7, waarbij het deel (2,3,3',6,6',7) is voorzien van ten minste één uitwendig contactvlak 16,16',17,17'), met het kenmerk, dat ten minste één uitwendig contactvlak (16,16', 17,17' door thermisch spuiten wordt bekleed met een wrijving-verlagende laag.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de wrijving-verlagende laag wordt aangebracht door middel van draadspuiten.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat brons wordt toegepast als materiaal voor de wrijving-verlagende laag.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 9 tot 11, met het kenmerk, dat molybdeen wordt toegepast als materiaal voor de wrijving-verlagende laag.

13. Werkwijze volgens één der conclusies 9 tot 12, met het kenmerk, dat vóór het bekleden van het contactvlak (16,16',17,17') restanten van een eerder aangebrachte wrijving-verlagende laag worden verwijderd.