本发明涉及一种用于将线材导引至线材轧制生产线中的工作辊或从该工作辊导引线材的导辊，该导辊包括具有用于导引线材的轮廓的外壳，所述线材经由导辊元件相对于固定内圈被可转动地支撑。
背景技术：
在线材轧机中制造线材时，首先制造具有标称初始厚度的线材。该初始厚度通常与成品线材的直径的倍数对应。然后将线材供应至线材轧制生产线。多个线材轧制架串联布置在其中，线材被导引穿过这些线材轧制架。在每个线材轧制架中，至少两个工作辊影响线材，由此线材的直径减小。将线材精确地导引至各个线材轧制架或从各个线材轧制架精确地导引出去是由导辊完成的，所述导辊在其外周上具有适合于导引线材的轮廓。
在已知的线材轧制生产线中，导辊在各个线材轧制架之前或之后位于线材进入线材轧制架的位置。在此-从一个线材轧制架到另一个线材轧制架-随着线材的直径减小，线材的速度逐渐增加。从线材输送方向观察，第一个线材轧制架以较低的速度轧制线材，同时线材的速度从一个线材轧制架到另一个线材轧制架逐渐增加。最后一个线材轧制架接收到已经具有极高速度(高达每秒120米)的线材，并以相应的速度将线材轧制成其最终形态。
虽然在连续轧制过程中在此方面不会出现问题-各个线材轧制架中的各个导辊以相应的速度旋转-但是当新的待轧制线材首次进入线材轧制生产线时会出现难题。尽管在速度较低的生产线前区中不会发现操作有问题，但在最后的线材轧制架或相应的导辊上，线材的速度相当快，因此会出现很高的负荷峰值，尤其是在导辊上。在冲击导辊时，高速线材必须将导辊从静止位置加速到相应的转速，这导致很高的轴承载荷。因此导辊的外表面以及导辊的轴承会在较短的时间内开始磨损，因此需要频繁地进行必要的修理，并频繁地进行拆卸和安装过程，而这又分别导致线材轧制生产线临时停工。
de20109015u1中已知一种导辊，其中导辊表面同时配置为滚动元件轴承的外圈。为了保持尽可能小的质量惯性矩，外壳的平均厚度相对于其他轴承尺寸较小。从而实现了导辊的旋转部分具有显著减小的质量惯性矩，这意味着进入两个直立导辊之间的线材导致较低的冲击，因为将导辊加速到线材速度需要的能量较少。因此，最重要的是可以保护导辊表面，这样能够延长使用寿命。但是发现，导辊的轴承组件的使用寿命延长程度不像导辊表面那样长，因为原则上说，更高的加速度表现为更高的载荷，因而可能对导辊和滚道产生不良影响。所以，导辊的更换周期确实可以延长，但不能避免。另外，每次更换都需要一定的拆卸和安装时间，从而导致线材轧制生产线的停工时间。
此外，de10126219c2中的导辊包括驱动装置，以减小加速影响。
技术实现要素：
本发明的目的是进一步改进用于导引线材的导辊，从而操作线材轧制生产线以能够最大限度地减少线材轧制生产线的停工时间。
本发明的这个目的的解决方案的特征在于，导辊构造为双列预加载的滚动元件轴承，并且可作为最终的结构单元安装在线材轧制生产线的固定轴上，在安装过程中，所述结构单元的一个或多个部分不需要相对于彼此调整，特别是预加载。
因此，本发明考虑到要避免先前已知的由设计导致的导辊安装概念-即在固定轴上安装导辊以及对轴上的滚动元件轴承组件进行目标预加载，并且将导辊构造成最终的结构单元，从而可省略安装过程中的预加载。在此有利的是，组装过程能够更简单和更快速地进行，并且能够可靠地防止导辊的不正确调整，这种不正确调整会导致寿命缩短。
导辊优选包括用于两列滚动元件的公共单件式外圈和公共单件式内圈。从而使内圈的滚道相对于外圈的滚道处于轴向朝向，并且在将导辊安装在轴上之前，两列滚动元件的预加载荷已经被固定地设定。因此，两列滚动元件内的预加载荷是由轴承环的尺寸和滚动元件的尺寸决定的。因而两个滚动元件轴承的预加载在导辊的制造中已经实现，并完全独立于导辊在应用中的安装过程。
根据一种有利的实施方式，导辊包括用于两列滚动元件的公共单件式外圈和公共单件式内圈。在此有利的是，导辊部件的数量减少，从而安装可以更容易且更快速地进行。由于采用单件式内圈和单件式外圈的设计，因此轴承内的预加载可以独立于安装实现，因为未安装的结构单元已经具有预定的预加载荷。
在一种优选设计中，内圈包括用于成列滚动元件的两个滚道，其中所述滚道在<90度的周向角度范围内包围滚动元件，并且两列滚动元件之间的内圈的轴向中央区域从滚动元件的径向内侧的区域开始径向向内位移，并包括用于接收润滑脂的径向开口。在此有利的是，导辊可构造为预先润滑的单元并且适合于重新润滑。为此，所述开口只需连接至润滑装置。凹陷区域用作润滑剂储池，并适合于作为润滑剂的容纳空间。
由于内圈上的优选周向角度范围<90度，因此润滑剂能够特别好地到达滚道的压力区域。
在一种优选设计中，滚动元件轴承构造为背靠背布置的双列角接触球轴承，其中，两列角接触球轴承优选构造为两点式轴承。两点式轴承的设计在滚动阻力和摩擦阻力方面特别有利。由于加速力很大，因此低阻力对于滚动元件特别有利，因为这能够缩短滚动元件在高加速度过程中的滑动阶段。但是，可替代地，也可使用四点式轴承，这在承载能力方面是有利的。由于采用角接触球轴承设计，因此能够特别好地沿径向和轴向支撑由线材施加的冲击力，并且该冲击力可被沿径向和轴向支撑并转向。根据本发明，由线材产生的冲击力的轴向转向发生在单件式内圈中，而无需自身轴向地支撑该冲击力。
在一种优选设计中，外圈2的质量惯性矩与外圈的外径之比大于0.001公斤·米。该比值特别优选大于0.0015公斤·米。由于质量惯性矩相对于外径的比值与先前的导辊相比要高得多，因此所引起的冲击能量有利地转化为加速能量，从而施加在滚动元件上的力不会导致滚动元素的任何过长滑动阶段。由于质量惯性矩很大，因此考虑到使外圈发生一定的磨损，以减少滚道和滚动元件的磨损。由于最大限度地减少了磨损，因此预加载荷在调节后基本上保持恒定，从而导辊中的实际滚动元件轴承组件的使用寿命与已知导辊相比显著延长，并最大限度地减少了外圈的质量惯性矩。
由于质量惯性矩与外圈的外径之比大于0.001公斤·米，因此因冲击的发生而在滚动元件上导致的载荷显著减小。但是，质量惯性矩与外圈外径之比不应超过0.004公斤·米，因为在高于此值时，为了增加滚动元件轴承和滚道的使用寿命而发生的外圈磨损又会缩短总体使用寿命。为了使导辊的使用寿命达到最佳化(其中外圈和滚动元件轴承组件具有最佳化并与总体使用寿命相适应的磨损)，外圈的质量惯性矩与外圈外径的比值最好在0.001公斤·米至0.004公斤·米范围之内。因此外圈的节圆直径与外径的比值特别优选小于0.5。节圆直径与外径的这种比值与0.001公斤·米至0.004公斤·米范围的外圈质量惯性矩与外径的比值相结合经证明特别有利。
在一种优选设计中，由压力线形成的锥体在外圈内相交。在此，即使在外圈磨损的情况下(其中，外圈的磨损发生在线材接收区域，因而外圈的直径减少)，由压力线形成的锥体最好也在外圈内相交。从而随着外圈的磨损，线材的压力区越来越接近由压力线形成的锥体的相交点。因此，在导引线材时，或在轮廓上的线材的压力区恰好位于由压力线形成的锥体的交点处时，理论上实现了导辊的最佳载荷分布。由于采用交点在外圈内相交的这种设计，因此有利地实现了导辊内的载荷状况随着导辊磨损的中止而得到改善，并且通过改善载荷分布和载荷偏移对导引特性的损失进行补偿。
在由压力线形成的锥体在外圈的轮廓内径向相交时特别有利。
在一种优选设计中，两列角接触球轴承的压力线相对于外圈的旋转轴线a围成50度和70度之间的角度α。由此有利地实现了角接触球轴承的径向力与轴向力的比值的最佳化，从而在一方面，转化为导辊内的轴向分量的线材径向力被可靠地支撑。而且，两个角接触球轴承的预加载荷在此角度范围内能够精确地调节，因为径向分量虽然不太高但是大到足以支撑径向力。
在一种特别优选的设计中，两列角接触球轴承的压力线相对于外圈的旋转轴线a围成50度和70度之间的角度α，并且由压力线形成的锥体在外圈内相交，其中，外圈的质量惯性矩与外径之比在0.001公斤·米～0.004公斤·米范围内。
在导辊的另一种有利的设计中，外圈在其内周面上包括径向槽，该径向槽用于在成列滚动元件的两个轴向外侧接收密封元件。因此，密封的导辊可以有利地构造为最终结构单元。在密封元件设计为卡入所述槽中的弹性密封元件时特别有利。密封面不与内圈接触的设计是特别优选的。由于具有密封元件，因此导辊的内部摩擦不会增加，另外还提供了密封功能。在密封元件构造为径向密封盘并在密封盘的径向内端与外圈之间具有间隙密封时特别有利。
如上所述，与现有技术相比，在本发明中有意地将外圈的已知磨损考虑在内。但是，为了使这种磨损尽可能低，经证明，通过车削工艺形成整体的外圈是特别有利的。因此，不仅滚道、而且外圈的外壳都可车削而成。此外，为了进一步提高耐磨性，至少外壳可在车削后进行喷砂处理，例如通过喷丸或喷砂进行处理。另外，外壳可设置有减磨层，该减磨层优选通过热喷涂方法施加到外壳上，最优选通过高速火焰喷涂施加。经证明，硬质金属层(优选由碳化物化合物构成，最优选由碳化铬、碳化钛或碳化钨构成)特别适合作为减磨层的材料。在外轮廓区域中，硬质金属层的层厚优选在0.4毫米和1毫米之间，最优选在0.4毫米和0.6毫米之间。
为了进一步提高所述层的耐磨性，还可以在使用喷涂方法之后执行热等静压方法，其中，例如使喷涂后的外圈经受1100摄氏度至1300摄氏度的温度和150mpa与250mpa之间的压力。从而能改善所施加的耐磨层与外圈的钢材之间的连接。这样可以省略以前的对无涂层外壳的硬化处理。随后，为了修正外圈和/或滚道的可能的翘曲，仍可进行外圈和/或滚道的最终研磨过程。
因此，本发明还涉及一种用于制造导辊的方法，所述导辊包括具有外壳的单件式外圈，其中所述导辊通过以下方法步骤制造：
-利用车削方法在外圈的外壳中引入轮廓；
-对外圈的外壳表面进行喷砂处理；
-使用热喷涂方法对外壳表面进行喷涂；
-对喷涂后的外圈进行热等静压处理；
-研磨外圈的表面；
-安装内圈、滚动元件和滚动元件护笼；
-安装密封元件。
与现有技术相比，本发明实现了下列优点：一方面，实现了由滚动元件和滚道决定的轴承功能；另一方面，实现了由外壳的轮廓决定的导引功能，在导辊的使用寿命内，外壳减小到相应的程度。在导辊的使用寿命终结时(由轴承功能的使用寿命和导引功能的使用寿命两者中较短的决定)，外壳和滚动元件-滚道的组合结构磨损到相应的程度，并达到各自使用寿命的终点。
本发明还涉及一种在线材轧制生产线中使用的工作辊，其包括构造为最终结构单元的导向辊。
附图说明
下面参照附图说明本发明。
图1中示出了导辊，该导辊构造为一个最终结构单元。这意味着该导辊仅由单个部件组成，并且无需首先由各种松散部件组装而成。最终结构单元的所有部件已经处于其最终位置和布置形式中，并且相对于其他部件安装并布置在相应的位置。
具体实施方式
所述导辊由单件式外圈2构成，所述外圈包括外壳5，该外壳5在其径向外侧的壳体表面上包括用于待导引的线材的一体形成轮廓6。为此，所述轮廓优选构造为v形或u形。轮廓6轴向对称地构造，使得线材相对于外圈在中心被导引。
内圈3也构造为单件式，并包括两个滚道7。外圈2包括两个相应的滚道13。构造为滚珠的滚动元件4设置在滚道7与13之间。导辊1构造为双列角接触球轴承，并且两列角接触球轴承的压力线10与外圈2的旋转轴线a形成角度α。此示例性实施方式因此分别具有60度的角度。双列角接触球轴承本身被预加载，从而两列滚动元件在它们的滚道7、13之间具有设定的预加载压力。该预加载荷是在导辊1的组装过程中施加的，并且由滚珠直径和滚道之间的间距决定。每列角接触球轴承中的每个滚珠的各个压力线10共同形成锥体。两列滚动元件的两个锥体在外圈2内在假想圆14上相交。导辊的两个角接触球轴承构造为两点式轴承，并且相对于彼此以背靠背的方式布置。内圈3的中央区域8具有比内圈3的滚道7小的外径。由此形成润滑脂接收空间。径向开口9将内圈3的内周面连接至所述接收空间，并允许向角接触球轴承填充润滑脂。在外圈2的内周面上，在两列滚珠的轴向外侧结合有两个槽11，这些槽11用于接收密封元件12，密封元件12连接到外圈上，从而它们与外圈一起旋转。密封元件构造为由金属板材料制成的密封盘。在它们的径向内端侧的区域中，它们与相对另一端侧的内圈3的外周面形成间隙密封。在此总体说明了构造为最终结构单元的密封导辊，所述密封导辊可直接安装在线材轧制架的轴上，而无需组装或分解步骤。因此最大限度地减少了所述辊的安装工作量，从而能够减少由导辊的更换导致的停工时间。
标号列表
1导辊
2外圈
3内圈
4滚动元件
5外壳
6轮廓
7滚道
8中央区域
9径向开口
10压力线
11槽
12密封元件
13滚道
14圆
a旋转轴线