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Überlastungskupplung
Die Erfindung bezieht sich auf überlastungkupplungen mit konischer Schrumpfverbindung mit einer Aussenhülse und einem entsprechenden Innenteil.
Zum Schutz von Maschinenteilen gegen eine Überlastung, durch die wesentliche Teile beschädigt werden können, werden Sicherheits- oder Ütberlastungskupp1ungen, sogenannte Bruchkupp- lungen, Bruchscheiben u. dgl. zwischen einem treibenden und einem getriebenen Teil verwendet.
Die Wirkung dieser Kupplungen beruht darauf, dass ein schwächerer Teil bei Überlastung bricht. Erfahrungsgemäss ist jedoch ein solcher Teil oft der Ermüdung unterworfen, wodurch er nach
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:. Konische Sehr. u. mpfverbindungensich. bekannt. Auch ist schon ein Verfahren zum Herstellen und Lösen von Schrumpf- und anderen Pressveifbindungen bekannt geworden, bei dem zwischen Pressfläche. n der Verbindungsteile ein fluidales Mittel mit so grossem Druck eingepresst wird, dass die metallische Berührung dieser Flächen mindestens zum grössten Teil aufgehoben wird, so dass die gegenseitige Verschiebung der Teile erleichtert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine Überlastungs- (Sicherheits-) Kupplung zu schaffen, die Ermüdungsbrüche vermeidet und es ermöglicht, die Stärke von Bruchverbindungen kontinuierlich zu ändern.
Während vieler Jahrzehnte ist erhebliche Arbeit darauf aufgewendet worden, die bei Bruchverbindungen auftretenden Probleme zu lösen, insbesondere soweit es sich um die Walzwerk-
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Ihandelt. Das'schwierigste PTablem ibestehtausschliesslich eine Kupplung mit Bruchbolzen zwischen dem Motor und dem ZahnTädergetrieibe vorgesehen worden. Diese Bolzen wurden bei Überbelastung abgeschert. Bei einer derartigen nordnung können eine oder zwei Walzen unter einem zu hohen Drehmoment stehen, während Walzen und Universalkupplungen brechen, ohne dass die Bolzen in der Hauptkupplung abgeschert
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: infolge von Ermüdungserscheinun-zengerüst vorhandene Raum reichte wegen des hohen Drehmoments nicht für die bekannten Bruchverbindungen aus.
In letzter Zeit sind Universalkupplungen für Walzwerke auf runde Zapfen oder Walzenhäke mit einem Konus von 1:30 aufgeschrumpft worden. Bei Überlastung dreht sich die Kupplung auf dem Hals, wobei jedoch beide Teile zusammenhaften und der Kupplungskopf sich auf dem Hals festfrisst und nicht abgebaut werden kann. Zur Vermeidung der oben erwähnten Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, bei einer Überlastungskupplung mit konischer Schrumpfverbindung mit einer Aussenhülse und einem entsprechenden Innenteil den Winkel der Konizität MeinerauszubildenalsdenSelbsthemmungswinkel der verwendeten Materialien, so dass die Kupplung bei Überlastung ohne Festfressen selbsttätig lösbar ist, wobei zwischen den voneinander zu lösenden Teilen Druckelemente, vorzugsweise Federn geschaltet sind.
Vorteilhafterweise sind die Druckelemente, vorzugsweise Federn, zwischen die zu lösenden Teile im Sinne einer Trennung der Kupplungsteile voneinander geschaltet, so dass die Druckelemente die getrennten Kupplungsteile für die Dauer der Überlastung voneinander getrennt gehalten sind. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind die Dfrudkelemente, vorzugsweise Federn, zwischen den zu lösenden Teilen im Sinne einer Kupplung der Teile eingelegt, so dass sie auch nach Trennen der Kupplung teils im Sinne einer Kupplung der Teile wirken, sonst aber dazu bestimmt sind, auftretende Axialschühe zu kompensieren. Eine Überlastungskupplung ge-
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mäss der Erfindung ist ferner so ausgebildet, dass die Konizität grösser als 1 : 30 ist.
Wenn beispielsweise die Schrumpfverbindung eine Konizität von etwa 1 : 12 aufweist und aus einer Hülse aus Gusseisen od. dgl. besteht, die mittels Silikonkarbidpulver oder durch Aufschrumpfen gegen Drehung um den Hals gesichert ist, dann tritt bei Überlastung ein derart schnelles Verschieben in axialer Richtung (etwa um 450 spiralförmig) ein, dass die Wärmeeinwirkung bedeutungslos wird und die Oberflächen der Verbindung unbeschädigt bleiben.
Damit die Sehrumpfflächen bei Überlastung nicht aufeinander gleiten können, sind die Federn, z. B.
Tellerfedern, vorgesehen, wodurch die Sehrumpf- flächen auseinandergedrängt werden. Bei einer Ent-
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kopfes auf. Er steht in einer ihn umgebenden Aussenhülse still, während der Zapfenhals die
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Kupplung kann sowohl bei Torsionsverbindungen (Verbindungen, die ein Torsionsmoment übertra- gen) als auch bei Verbindungen zum übertragen von Zug- und Druckkräften verwendet werden.
Ein anderes, ebenfalls schwieriges Problem be- steht darin, eine Bruchverbindung so auszubilden, dass sie für die hohen Beanspruchungen bei Wal- zen, Scheren, Schraubenpressen usw. verwendbar ist. Die am meisten verwendeten Sicherheitsvor- richtungen zum Schutz gegen Biegungsbeanspru- chungen der Walzen enthalten eine Bruchscheibe, die aus Gusseisen oder Stahl besteht und zwischen den Stellschrauben und dem Lagergehäuse liegt.
Nach einer gewissen Zeit wird sie jedoch in der
Regel durch ein festes Eisenstück ersetzt, da sie entweder zu schwach oder zu stark ist, was von dem Grad der Ermüdung abhängt und weil sie auch zusätzliche Durchbiegungen hervorruft.
Mittels einer konischen Verbindung für Druck- und Zugkräfte ist jedoch auch dieses Problem durch erfolgreiche Versuche mit den oben be- schriebenen Torsionsbruchverbindungen gelost worden.
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der auf der Zeich- nung dargestellten Ausführungsbeispiele.
Es zeigen : die Fig. 1 und 2 einen Schnitt durch eine Brudhverbindung bei Universalkupplungen am Kammwalzengerüst und zwar gibt Fig. 1 einen
Schnitt in Richtung I-I der Fig. 2 und letztere 'einen Schnitt in Richtung lI-lI, der Fig. 1 wieder ;
Fig. 3 veranschaulicht einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform ; Fig. 4 zeigt einen
Axialschnitt durch eine Verbindung für Druck- kräfte gemäss der obenerwähnten Bauart, bei der ; aber die Verbindung schnell mit Hilfe hydrauli- schen Drucks wieder aufgepresst werden kann, wenn sie sich bei Überlastung gelöst hat ; Fig. 5 gibt einen Axialschnitt durch eine ähnliche Bruch-
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Bei der Ausführung nach Fig. l und 2 ist die Erfindung bei den Auslasszapfenhälsen angeordnet und schützt jede Walze gegen Überlastung.
In Fig. 1 ist nur ein kleiner Teil eines Kamm- walzengerüstes wiedergegeben, das sich auf der linken Seite befindet. Hierin bedeutet 1 die Zapfenhälse, auf die die Kupplungen aufgepasst werden. 2 gibt den Kupplungskopf und 3 die ihn umgebende Hülse wieder. 4 bezeichnet die Krupp- lungsspindeln. Die Kupplung ist eine Universalkupplung. Ihre Metallagerschu'he sind mit 5 bezeichnet. Die Einzelheiten dieser Kupplung werden nicht näher beschrieben, da sie keinen Teil der Erfindung darstellen.
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wie folgt angeordnet :
Eine vorteilhaft aus Gusseisen bestehende Hülse 6. wird auf jeden Zapfenhals 1 der abgehenden Zapfen aufgeschrumpft. Diese Hülse ist leicht konisch. Die Konizität erstreckt sich von der Walze weg. Sie beträgt mindestens 1 : 30.
Auf diese Hülse ist der Kupplungskopf 2 aufgeschrumpft, der innen eine entsprechende konische Ausnehmung besitzt ; auf seinem nach dem Inneren des Kammwalzengerüstes weisenden Teil ist die Hülse 3 angeordnet, die gleichzeitig als Labyrinthdichtung für die Zapfenlager dient. Der aussenliegende Teil des Kupplungskopfes 2 ist von einer Hülse 7 umgeben. Zwischen einem Flansch 8 des Kupplungskopfes 2 und dem Walze=apfenhals 1 ist eine Feder 9 eingelagert. 10'bezeichnet ein Kanalsystem zum Einführen ton Druckflüssigkeit, vorzugsweise Öl, zwischen die konischen Flächen. Bei 12 ist an dieses Kanalsystem eine nicht bezeichnete geeignete Druckleitung angeschlossen, die zum Verbinden und Lösen des Kupplumgs kopfes dient.
Bei überlastung gleiten die Hülse 6 und dei Kupplungskopf 2 aufeinander und demzufolge wird'die Kraftübertragung unterbrochen. Die Drehbewegung des Kupplungskopfes hört auf. Er steht in der äusseren Hülse 3 still, während die
Hülse 6 sich weiter dreht. Inzwischen halten dif
Federn 9 die Kupplungsteile getrennt voneinan- der.
Wenn wieder gekuppelt werden soll, wird zu nächst die Kupplungsspindel 4 entfernt und dann der Kupplungskopf 2 unter Aufbringen von Ö auf die Schrumpfflächen mit Hilfe einer an sieb bekannten Winde, oder auch durch Aufschrumpfer mittels Hitze in seine Stellung auf der Hülse @ gebracht.
Fig. 3 zeigt dasselbe Prinzip wie die Fig. l unc
2, nur dass hier das Drehmoment von den Zahn- rädern 14, 13 auf den Zapfenhals 1 übertragen wird. Gleich wirkende und gleich ausgebildete
Teile haben dieselben Bezugszeichen wie diE entsprechenden Teile gemäss den Fig. l und 2
Das Beispiel bezieht sich auf ein dreifaches Breit
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beiverbindung liegt hier in dem Zahnrad 13. 13a und 13b sind Kugellager, die zwischen dem Zahnrad 13 und dem Zapfenhals sitzen. 18a ist ein Kugellager, das zwischen dem Wellenhals 1 und dem Lagergehäuse 18b der Walze liegt.
Das Zahnrad 13 kann hier ebenfalls durch eine Feder 9 od. dgl. von der Hülse 6 getrennt gehalten werden ; die Feder 9 liegt zwischen dem Lagerträger 16 und dem Rad 13 und stützt sich gegen den Innenring des aussenliegenden Kugellagers 13b ab. Die Innenhülse 6 ist in geeigneter Weise auf dem Zapfen 1 aufgeschrumpft, und zwar möglichst mittels Silikonkarbidpulver, das auf die Schrumpffläche aufgebracht wird, wodurch in gekuppeltem Zustand zwar die Reibung vergrössert wird, wobei aber doch anderseits die innenliegende Schrumpf- Häohe auf der Hülse 6 ohne sich festzufressen
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bindung löst. Natürlich kann auch die Hülse 6 fehlen, und der Zapfenhals selbst konisch ausgebildet werden. 17 ist eine Gehäusekappe, die alles abdeckt.
Wenn sich die Schrumpfverbindung infolge eines zu hohen Drehmomentes löst, wird das Zahnrad 13 durch die. Feder 9 in axialer Richtung verschoben, so dass eine Berührung mit der Hülse 6 unterbunden ist. Das Zahnrad 13 dreht sich aber auf den Kugellagern. 2 3 a und 13b.
,Fig. 4 zeigt eine Bruchverbindung für Druckbeanspruchungen. Hier ist die Aussenhülse 18 mittels Hitze. aufgeschrumpft oder durch andere Mittel, wie z. B. durch ein Dmckö1verfaJhren, aufge-
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Kanalsystem 10, 12 vorgesehen. Die Aussenhülse 18 kann z. B. aus einem zähen Stahl und die Innenhülse 19 aus Gusseisen bestehen, wodurch verhindert wird, dass die Schrumpfflächen aneinanderkleben können, wenn sich die Verbindung bei Überbelastung gelöst hat. Da hier keine Torsionsbeanspruchungen vorhanden sind, kann die Konizität ziemlich willkürlich gewählt werden, z. B. 1 : 30 oder 1 : 12.
Die Verbindung ist ferner mit einem unten liegenden Ölzylinder 20 versehen, der einen Einlasskanal 20a aufweist ; mittels dieses Ölzylinders 20 ist das Arbeiten der Bruchverbin- dung 18, 19 beeinflussbar. Wenn eine Feder 9 zwischen dem Boden 22 und der ihm zugewandten Oberfläche 23 der Innenhülse 29 vorgesehen wird, die die Hülsen 18 und 19 gegeneinander presst, dann kann die Bruchvel1bindung unmittelbar durch Aufpressen erzeugt werden, vorzugsweise mittels stationärer Ölpumpen, und so wieder gebrauchsfertig gemacht werden. Eine solche Bruchverbindung kann die bekannten Bruchscheiben ersetzen wie sie z. B. für Walzwerke verwendet werden. Für Zug- und Druckbeanspruchungen ! könnte die Kupplung gegebenenfalls auch ohne Federn 9 Verwendung finden.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Bruchverbindung für Zugbeanspruchungen. Der Kupplungskopf nach Fig. 6 besteht aus drei in axialer Richtung miteinander verbundenen Teilen A, B, C. Diese Ver- bindung ist im wesentlichen eine Vereinigung de : in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele anzusehen und kann auf Zug und Druck beansprucht werden.
Da die Stärke der Bruchverbindung von dem Oberflächendmck auf die Sehrumpfoberfäche und dem Reibungskoeffizienten abhängt, ist es möglich, mit Hilfe von Hubschrauben verschiedener Stärke die Zug-oder Druckbeanspruchungen oder das Drehmoment, bei dem die Verbindung unterbrochen wird, einzustellen. Da der Reibungskoeffizient fast immer konstant bleibt, kann eine genaue einstellbare Bruchverbindung erreicht werden, unabhängig von der Ermüdungserscheinung, die auf die bisher benutzten Bruchkupplungen und Bolzen von Einfluss war. Die Überlastungskupplungen nach der Erfindung sind besonders für Walzwerke, Pressen, Scheren und-ganz allgemein genom-
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mechanische Kraftübertragungen ge-eignet.
Anstelle von Gusseisen für die Hülsen 6 bzw. die Innenhü, lsen 19 kann z. B. gehärteter oder chromplatierter Stahl oder irgendeine Metallegierung verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
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mit konischer Schrumpf-verbindung mit einer Aussenhülse und einem entsprechenden Innenteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Konizität kleiner ist als der Selbsthemmungswinkel der verwendeten Materialien und somit die Kupplung bei Überlastung ohne Festfressen selbsttätig lösbar ist, wobei zwisehen den voneinander. zu lösenden Teilen Druck-
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