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Überlastsicherung mit einem auswechselbaren Brechglied zwischen auf Druck belasteten
Maschinenteilen
Zum Schutze wertvoller Maschinenteile, die einer Belastung unterworfen sind, sieht man häufig Überlast-Bruchsicherungen mit einem auswechselbaren Brechglied vor. Werden Maschinenteile von einer auf Zug belasteten Schraubverbindung zusammengehalten, ist es einfach, im Schraubenbolzen eine Soll-
Bruchstelle vorzusehen, die bei einer bestimmten Überlast bricht. Die Bruchlast ist verhältnismässig genau zu berechnen, da der Querschnitt der Soll-Bruchstelle rein auf Zug beansprucht ist.
Schwieriger ist es, bei auf Druck belasteten Maschinenteilen eine Überlastsicherung mit einem auswechselbaren Brechglied anzuordnen in einer Weise, die es gestattet, die Bruchlast genau im voraus zu berechnen. In Walzwerken ist es beispielsweise üblich, zwischen den Druckspindeln und den die Walzen tragenden Einbaustücken sogenannte Brechtöpfe anzuordnen, die bei einer bestimmten Druckbeanspruchung zerstört werden und den Kräftefluss unterbrechen. Im Querschnitt der Soll-Bruchstelle bisher bekannter Brechtöpfe herrschen aber gleichzeitig mehrere Spannungszustände, überwiegend Biege- und Schubspannungen. Die Bruchlast solcher Brechtöpfe ist aus diesem Grunde schwer zu berechnen ; sie wird meist durch Versuche ermittelt. Darüber hinaus bringen aber die bekannten Brechtöpfe eine in vielen Fällen unerwünschte Federung in das System hinein.
Bei Walzwerken beispielsweise bedeutet eine solche Federung schlechte Toleranzhaltigkeit des Walzgutes.
Es sind sogenannte Keil-Brechtöpfe für Walzwerke bekannt, die aus zwei durch Schrauben oder Sprengringe miteinander verbundenen Ringhälften bestehen. In eine kegelige Innenbohrung greift ein kegeliges Druckstück ein, das bei lastendem Druck die beiden Ringhälften auseinanderzuzwängen sucht.
Dies sollen mindestens zwei Verbindungsschrauben oder Sprengringe bis zu der Grenze verhindern, für die ihre Soll-Bruchstellen ausgelegt sind. Die entgegengesetzt gerichteten äusseren Druckkräfte erzeugen in den Soll-Bruchstellen der Verbindungsschrauben letzten Endes Zugspannungen. Trotzdem ist die richtige Bruchlast schwierig festzulegen und die effektive Bruchlast streut stark, weil nämlich der Reibungsfaktor zwischen den Kegelflächen des geteilten Ringes einerseits und des Druckstückes anderseits einen wesentlichen Einfluss auf die tatsächliche Bruchlast hat. Ein weiterer Unsicherheitsfaktor besteht darin, dass mindestens zwei Soll-Bruchstellen in Gestalt mindestens zweier Verbindungsschrauben oder Sprengringe vorhanden sind, die sich in ihren Dehnungen nicht so verhalten, wie ein einheitlicher Soll-Bruchquerschnitt von der Summe der Einzelquerschnitte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Überlastsicherung mit einem auswechselbaren Brechglied zwischen auf Druck belasteten Maschinenteilen, insbesondere zwischen den Druckspindeln und den die Walzen tragenden Einbaustücken von Walzwerken zu schaffen, bei der die Zugspannungen im Sollbruchquerschnitt möglichst genau durch Rechnung ermittelt werden können und nicht von Reibungsfaktoren zwischen druckübertragenden Flächen abhängig sind. Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die die äusseren Druckkräfte übertragenden Elemente, sich in Druckrichtung aneinander vorbei erstreckend, an dem Brechglied angreifen, und die einzige Soll-Bruchstelle-in Druckrichtung gemessen-zwischen den Angriffsstellen der Druckkräfte am Brechglied selbst angeordnet ist.
Hiedurch wird erreicht, dass in der Soll-Bruchstelle nur oder überwiegend Zugspannungen herrschen, die genau im voraus zu berechnen sind. Die Soll-Bruchstelle kann mit sehr kurzer Dehnlänge ausgeführt werden, wodurch das Brechglied eine hohe Federkonstante erhält.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Prinzip gemäss der Erfindung bei einer Überlastsicherung mit einem auswechselbaren Brechglied zu verwirklichen. Insbesondere zur Anwendung bei Walzwerken wird gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass das Brechglied die Form eines Topfes hat, in dessen biegungssteifen Boden und in dessen Rand die entgegengesetzt gerichteten Druckkräfte eingeleitet sind, und in dessen Wandung die Soll-Bruchstelle vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist nicht nur platzsparend, sondern es ergibt sich wegen der Kreisringform der Soll-Bruchstelle der Vorteil, den Brechtopf aus Stahl herzustellen und einer Wärmebehandlung zu unterziehen, wodurch der auf einem verhältnismässig grossen Umfang verteilte Bruchquerschnitt hoch vergütet werden kann, vor allem aber ein gleichmässiges Gefüge erhält.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass diejenigen Druckkräfte, die am Rand des Brechtopfes angreifen, über eine vom Rand aus freie, äussere Wandung des Topfes zu dem einen Maschinenteil geleitet werden.
Diese äussere Wandung könnte mit dem Brechtopf einen einheitlichen Teil bilden. Es ist jedoch her- stellungsmässig einfacher und im Hinblick darauf, dass ein Brechtopf insbesondere beim Einfahren eines Walzwerkes häufig ausgewechselt werden muss, wirtschaftlicher, dass der Rand des Brechtopfes sich über einen besonderen Ringteil auf dem einen Maschinenteil abstützt. Dieser besondere Ring-Stützteil ist gemäss der Erfindung geteilt, um den Aus- und Einbau von Brechtöpfen zu beschleunigen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Mit 1 ist eine Druckspindel bezeichnet, die sich im Teil 2, beispielsweise im Querjoch eines Walzenständers, abstützt.
Der andere, druckbelastete Maschinenteil 3 kann das obere Einbaustück eines Walzenständers sein.
Der nach oben gerichtete Walzdruck wird vom Einbaustück 3 über ein geteiltes Ringstück 4 auf den vorkragenden Rand 5 a eines Brechtopfes 5 und von dessen Boden 5 b über ein Zwischenstück 6 auf die Stirnfläche der Druckspindel geleitet. Die Stirnfläche ist in Form einer Kugelpfanne ausgenommen, wogegen die obere Druckfläche des Zwischenstückes 6 entsprechend kugelförmig erhaben ausgeführt ist. Diese Kugelpfannenlagerung ermöglicht Kippbewegungen des Einbaustückes 3 bei Walzendurchbiegung.
Damit der Boden 5 b des Brechtopfes 5 sich möglichst wenig durchbiegt, wurde durch die mittlere Ausnehmung 7 auf der Oberseite des Bodens 5 beine kreisringförmige Druckübertragungsfläche zwischen dem Zwischenstück 6 und dem Boden 5 b des Brechtopfes 5 geschaffen.
In der Wandung des Brechtopfes 5 ist durch eine Einkerbung die Soll-Bruchstelle Je festgelegt.
Dadurch, dass die durch Pfeile angedeuteten Druckkräfte aneinander vorbeigehen, d. h. das geteilte Ringstück 4 am oberen Rand Ja und die Spindel 1 am unteren Boden 5 b des Brechtopfes angreifen, werden im Querschnitt der Soll-Bruchstelle Je Zugspannungen erzeugt.
Bei Überlastung des Systems reisst der Boden 5 b des Brechtopfes 5 an der Soll-Bruchstelle 5 c ab. Die nunmehr getrennten Ober- und Unterteile des Brechtopfes können leicht entfernt werden, nachdem die Teile des Ringstückes 4 seitlich weggenommen sind. Die Druckspindel 1 braucht nicht hochgefahren werden, um einen einteiligen neuen Brechtopf mit eingesetztem Zwischenstück 6 von der Seite her unter die Druckspindel zu bringen, wenn das Zwischenstück 6 oder der Abstand zwischen dem Boden 5 b und dem Einbaustück 3 hoch genug ausgeführt wird. Anschliessend werden die Teile des Ringstückes 4 wieder zwischen den Rand 5 a des Brechtopfes und das Einbaustück 3 gebracht. Zur Sicherung der Lage des Ringstückes 4 ist am Einbaustück 3 eine Zentrierung 3 a vorgesehen.
Die beiden Hälften des Ringstückes können auch durch Scharnier od. dgl. verbunden sein.
Selbstverständlich kann das Ringstück 4 auch über eine Gewindeverbindung am Rand 5 a des Brechtopfes 5 angreifen, jedoch bedeutet eine Gewindeverbindung im Kräftefluss beispielsweise des Walzdruckes eine unerwünschte Federung, wie auch die Spindel 1 in diesem Falle zurückgeschraubt werden müsste, um einen neuen Brechtopf mit angeschraubtem Ringstück 4 an Ort und Stelle zu bringen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Überlastsicherung mit einem auswechselbaren Brechglied zwischen auf Druck belasteten Maschinenteilen, insbesondere zwischen den Druckspindeln und den die Walzen tragenden Einbaustücken von Walzwerken, bei der die entgegengesetzt gerichteten äusseren Druckkräfte im Querschnitt der Soll-Bruchstelle eine Zugspannung erzeugend eingeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die äusseren Druckkräfte übertragenden Elemente, sich in Druckrichtung aneinander vorbei erstreckend, an dem Brechglied angreifen, und die einzige Soll-Bruchstelle-in Druckrichtung gemessen-zwischen den Angriffsstellen der Druckkräfte am Brechglied selbst angeordnet ist.