DE102005048179A1

DE102005048179A1 - Stellantrieb für Andruck- oder Auftragswalzen

Info

Publication number: DE102005048179A1
Application number: DE102005048179A
Authority: DE
Inventors: Bernd Martens; Kaj Sellschopp
Original assignee: Zae Antriebssysteme & Co GmbH; Zae-Antriebssysteme & Co GmbH
Current assignee: Zae Antriebssysteme & Co GmbH; Zae-Antriebssysteme & Co GmbH
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere einen Stellantrieb mit wenigstens einem Planetengetriebe, das ein antriebsseitiges Sonnenrad auf der Antriebsseite, das über Arretiermittel drehfest mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist, und ein abtriebsseitiges Sonnenrad auf der Abtriebsseite aufweist, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, welche Sonnenräder über wenigstens ein und vorzugsweise drei Planetenräder, die auf einem relativ zum Getriebegehäuse drehbaren und mit der Antriebswelle verbundenen Planetenträger drehbar gelagert sind, in Wirkverbindung stehen. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das antriebsseitige Sonnenrad die gleiche wie oder eine geringfügig abweichende Zähnzahl als das abtriebsseitige Sonnenrad aufweist, dass die Planetenräder ein antriebseitiges Planetenzahnrad, das mit dem antriebsseitigen Sonnenrad kämmt, und ein abtriebsseitiges Planetenzahnrad aufweist, das mit dem abtriebsseitigen Sonnenrad kämmt, dass beide Planetenzahnräder die gleiche oder eine geringfügig voneinander abweichende Zähnezahl haben und drehfest miteinander verbunden um die gleiche Achse drehen, wobei die Verzahnung des abtriebsseitigen Planetenzahnrads gegenüber der des antriebsseitigen Planetenzahnrads wenigstens eines Planetenrads relativ zu der gemeinsamen Achse derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass jedes Planetenzahnrad mit dem ihm zugeordneten Sonnenrad einwandfrei in Eingriff ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere einen Stellantrieb mit wenigstens einem Planetengetriebe, das ein antriebsseitiges Sonnenrad auf der Antriebsseite, das über Arretiermittel drehfest mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist, und ein abtriebsseitiges Sonnenrad auf der Abtriebseite aufweist, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, welche Sonnenräder über wenigstens ein und vorzugsweise drei Planetenräder, die auf einem relativ zum Getriebegehäuse drehbaren und mit der Antriebswelle verbundenen Planetenträger drehbar gelagert sind, in Wirkverbindung stehen.

Stellantriebe werden benötigt, um beispielsweise größere und schwere Gegenstände oder Einrichtungen sicher und genau positionieren zu können. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Stellantrieb zum Ausrichten von Andruck- oder Auftragswalzen zum Beschichten von Materialbahnen. Hier ist es erforderlich, die miteinander in Berührung stehenden Andruck- oder Auftragswalzen der Beschichtungsvorrichtung, in der breite Materialbahnen mit großer Geschwindigkeit mit einem dünnen Auftrag beschichtet werden, sehr genau relativ zueinander auszurichten. Bereits geringe Abweichungen führen zu einer ungleichmäßigen Beschichtung.

Es hat sich gezeigt, dass wegen der zunehmenden Geschwindigkeit, mit der die Materialbahnen durch die Beschichtungsvorrichtung bewegt werden, und der zunehmenden geforderten Genauigkeit bezüglich des einzuhaltenden Auftragsgewichts pro Flächeneinheit ein herkömmlicher Spindelantrieb für die Ausrichtung der Walzen nicht mehr ausreichend ist.

Es ist daher erforderlich, ein Übersetzungsgetriebe vorzusehen, um eine möglich genaue Anstellung der Walzen zueinander bewirken zu können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe ein Stellantrieb mit einem Getriebe auszustatten derart, dass ein möglichst genauer und spielarmer Antrieb zum Ausrichten der Walzen möglich ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das antriebsseitige Sonnenrad die gleiche wie oder eine geringfügige abweichende Zähnzahl als das abtriebsseitige Sonnenrad aufweist, dass die Planetenräder ein antriebsseitiges Planetenzahnrad, das mit dem antriebsseitigen Sonnenrad kämmt, und ein abtriebsseitiges Plantetenzahnrad aufweist, das mit dem abtriebseitigen Sonnenrad kämmt, dass beide Planetenzahnräder die gleiche oder eine geringfügig voneinander abweichende Zähnezahl haben und drehfest miteinander verbunden um die gleiche Achse drehen, wobei die Verzahnung des abtriebsseitigen Planetenzahnrads gegenüber der des antriebsseitigen Planetenzahnrades wenigstens eines Planetenrades relativ zu der gemeinsamen Achse derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass jedes Planetenzahnrad mit dem ihm zugeordneten Sonnenrad einwandfrei in Eingriff ist. Der Versatz der Verzahnung in Umfangsrichtung, also ein Verdrehen der Planetenzahnräder auf der gemeinsamen Welle, ist erforderlich, damit die nur geringfügig abweichenden Lagen der Zähne der Verzahnungen in Umfangsrichtung der ansonsten im Durchmesser fast gleich großen Sonnenräder ausgeglichen werden. Es kann dabei vorgesehen werden, dass beide Sonnenräder zentrale Sonnenräder sind. Wird die Differenz der Zähnezahl bei relativ großer absoluter Zähnezahl der Sonnenräder klein gewählt, kann eine sehr große Übersetzung auf kleinem Raum erreicht werden.

Vorzugsweise liegt die Differenz der Zähnezahl der Sonnenräder zwischen 1 und 10 und vorzugsweise zwischen 1 und 5. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das abtriebsseitige Sonnenrad eine geringere Zähnezahl als das antriebsseitige Sonnenrad hat. Es hat sich herausgestellt, dass es günstig ist, wenn das abtriebseitige Sonnenrad 30 bis 70 Zähne und insbesondere 45 bis 55 Zähne und das antriebsseitige Sonnenrad 31 bis 71 beziehungsweise 46 bis 56 Zähne aufweist. Damit kann ein Stellantrieb mit der gewünschten Übersetzung bei gleichzeitig hoher Festigkeit der Verzahnung gebildet werden. Dennoch bleiben die zu wählenden Durchmesser der in Eingriff befindlichen Zahnräder und somit der Einbauraum des Stellantriebes relativ klein.

Weist das abtriebsseitige Sonnenrad beispielsweise 59 Zähne und das antriebseitige Sonnenrad 60 Zähne auf kann bei Planetenzahnrädern mit gleicher Zähnezahl eine Übersetzung von 60:1 erreicht werden. Demnach erfährt die Abtriebswelle erst eine Umdrehung nach 60 Umdrehungen der Antriebswelle. Durch diese hohe Übersetzung kann die geforderte Genauigkeit und eine hohe Stellkraft des Spindeltriebs eingehalten werden. Die hohe Stellkraft ist insbesondere bei der Anstellung von Walzen in einer Beschichtungsvorrichtung erforderlich, da hier gegen einen hydraulischen Druck gearbeitet werden muss.

Es ist zweckmäßig, wenn die Planetenzahnräder die gleiche Zähnezahl aufweisen und die Verzahnung wenigstens eines Planetenrades das Einfache oder ein Vielfaches eines oder mehrerer Bruchteile eines Zahnes versetzt ist, der beziehungsweise die der Differenz der Zähne der Sonnenräder geteilt durch die Anzahl der Planetenräder entsprechen. Vor allem bei einer Differenz von 1 wird deutlich, dass die Sonnenräder bis auf den einen Zahn in etwa gleich sind, so dass deren Zähne leicht versetzt entlang dem Umfang verlaufen. Bei einer Differenz der Zähnezahl der Sonnenräder von 1 und bei drei Planetenrädern ist es dann erforderlich, die Verzahnung des ersten Planetenzahnradsatzes um ein Drittel und die des zweiten Planetenzahnradsatzes um zwei Drittel des Bogenmaßes einer Zahnbreite zu gegeneinander verdrehen. Dann kämmen alle Zahnräder einwandfrei.

Wie oben erläutert, kann mit einem derartigen Getriebe auf kleinstem Raum eine große Übersetzung erreicht werden. Es ist jedoch zeitweise und beispielsweise bei der Erst- oder Grobausrichtung notwendig, die Walzen über größere Strecken zu bewegen. Hierfür würden ohne weitere Maßnahmen sehr viele Umdrehungen der Antriebswelle erforderlich. Es ist daher gemäß einer weitergehenden Ausführungsform der Erfindung. vorgesehen, dass das Arretiermittel des antriebsseitigen Sonnenrads mit dem Gehäuse lösbar und das antriebsseitige Sonnenrad mit dem Plantetenträger drehfest verbindbar ist. Dies hat den Vorteil, das Antriebs- und Abtriebswelle direkt miteinander verbunden sind, so dass sich eine Übersetzungsverhältnis von 1:1 ergibt. Die Abtriebswelle kann somit schneller gedreht und die Walze schneller verstellt werden.

Wie das Arretiermittel ausgebildet wird, ist grundsätzlich beliebig. Es kann vorgesehen werden, dass das Arretiermittel wenigstens ein Kupplungsmittel umfasst, das zwischen einer Verstelllage, in der das antriebsseitige Sonnerad fest mit dem Gehäuse verbunden ist, und einer Schnellganglage, in der das antriebsseitige Sonnenrad drehfest mit dem Planetenträger verbunden und drehbar zum Gehäuse gelagert ist, hin- und herbewegbar ist. Dabei ist zweckmäßig, wenn das antriebsseitige Sonnenrad mit einer Hohlwelle verbunden ist oder diese bildet, durch die die Antriebswelle zum Planetenträger geführt ist, und dass das Kupplungsmittel als ein axial hin- und herverschiebbaren Kupplungsring ausgebildet ist, der in der Verstelllage in Eingriff mit der Hohlwelle und dem Gehäuse und in der Schnellganglage in Eingriff mit der Hohlwelle und der Antriebswelle und außer Eingriff mit dem Gehäuse ist. Dadurch wird ein äußerst kompakter Aufbau des Getriebes erreicht. Der Kupplungsring kann außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, wodurch sich die Handhabung erleichtert.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Kupplungsring von der Verstelllage erst durch Freigabe einer Sperre in die Schnellganglage bringbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass der Kupplungsring durch Federkraft in der Verstelllage gehalten ist. Dadurch wird eine unbeabsichtigte Verstellung der Walze über zu große Strecken vermieden. Vielmehr erlaubt der Stellantrieb in dieser normalen Lage des Kupplungsrings nur eine geringfügige Verstellung auch bei mehreren Umdrehungen der Antriebswelle.

Die Antriebswelle kann motorisch angetrieben werden. auch kann vorgesehen werden, dass die Antriebswelle mit einem Handrad verbunden ist. Damit lassen sich die Walzen exakt ausrichten. Zweckmäßig ist es dabei, wenn jede Lagerstelle der Walze mit einem derartigen Stellantrieb versehen ist.

Die Abtriebswelle kann eine Spindel aufweisen oder mit einer Spindel verbunden sein. Der Spindelantrieb erlaubt eine spielarme lineare Verstellung der Walzen durch eine entsprechend geführte Spindelmutter. Gleichzeitig tritt Selbsthemmung zwischen Spindelmutter und Spindel auf, so dass ein Verstellen der Ausrichtung nur aufgrund des Gewichts der Walze vermieden wird. Gleichwohl kann es zweckmäßig sein, das Getriebe oder die Spindel in der eingestellten Lage zu arretieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Stellantrieb gemäß der Erfindung im Verstellgang und
2 einen Längsschnitt durch einen Stellantrieb gemäß der Erfindung im Schnellgang.
Das in der Zeichnung dargestellte Planetengetriebe für einen Stellantrieb umfasst ein Getriebegehäuse 11, in dem ein antriebsseitiges zentrales Sonnenrad 12 und ein abtriebsseitiges zentrales Sonnenrad 13 drehbar gelagert sind. Die Verzahnungen 14, 15 der Sonnenräder 12, 13 kämmen mit jeweils drei Planetenzahnräder 16, 17, die auf einem Planetenträger 18 drehbar gelagert sind. Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass jeweils ein antriebsseitiges Planetenzahnrad 16, das mit dem antriebsseitigen Sonnenrad 12 in Eingriff ist, mit einem abtriebsseitigen Planetenzahnrad 17 axial nebeneinander liegend drehfest auf derselben Welle 19 verbunden ist.
Das antriebsseitige Sonnenrad 12 sitzt auf einer Hohlwelle 20 oder bildet diese, durch die koaxial die Antriebswelle 21 geführt wird, die drehfest mit dem Planetenträger 18 verbunden ist. Die Hohlwelle 20 ist über Arretiermittel drehfest mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Hier ist die Anordnung so getroffen, dass die Hohlwelle an ihrem dem Sonnenrad 12 abgekehrten Ende eine verzahnte Scheibe 22 aufweist, die mit einem entsprechend verzahnten Kupplungsring 23 zusammenwirkt, der in eine entsprechende Verzahnung 24 am Getriebegehäuse eingreift. Dadurch wird die Hohlwelle und somit das Sonnenrad 12 relativ zum Gehäuse festgelegt. Die Antriebswelle 21 ist mit einem Handrad 25 verbunden. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass sich durch Drehen des Planetenträgers bei feststehendem antriebsseitigen Sonnenrad das abtriebseitige Sonnenrad entsprechend der Übersetzung gemäß der Zähnezahl der in Eingriff befindlichen Zahnräder dreht.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sonnenräder im Durchmesser etwa gleich groß ausgebildet und weisen eine geringfügig abweichende Zähnezahl auf. Durch eine Profilverschiebung der der Verzahnung kann jeweils der gleiche Achsabstand zu den Planetenrädern erzielt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das antriebsseitige Sonnenrad 50 und das abtriebseitige Sonnenrad 49 Zähne umfasst. Dann wird ein gleicher Drehsinn zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle erzielt. Im umgekehrten Falle, also wenn das antriebsseitige Sonnenrad 49 und das abtriebsseitige Sonnenrad 50 Zähne aufweist, sind Antriebswelle und Abtriebswelle gegenläufig. Die Planetenzahnräder 16, 17 weisen beispielsweise jeweils 19 Zähne auf.
Damit die abtriebsseitigen Planetenzahnräder störungsfrei in Eingriff mit der Verzahnung des abtriebsseitigen Sonnenrad stehen, ist es erforderlich, deren Verzahnungen relativ zu den Verzahnungen der antriebsseitigen Planetenzahnräder zu verdrehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel mit drei Planetenrädern und einer Differenz von einem Zahn der Sonnenräder muss bei dem ersten Planetenrad ein Winkelversatz der Zähne der Planetenzahnräder 16, 17 von einem Drittel der Teilung der Verzahnung des abtriebsseitigen Sonnenrads in Umfangsrichtung und bei dem zweiten Planetenrad ein Winkelversatz der Zähne der Planetenzahnräder 16, 17 von zwei Drittel der Teilung der Verzahnung des abtriebsseitigen Sonnenrads in Umfangsrichtung gefertigt werden. Bei dem dritten Planetenradsatz 16, 17 ist kein Versatz erforderlich.
Wird nun der Planetenträger 18 mittels des Handrads 25 gedreht, wälzen die Planetenzahnräder 16 auf dem antriebsseitigen Sonnenrad 12 ab. Die Drehbewegung wird über die gemeinsame Welle 19 auf die abtriebsseitigen Planetenzahnräder 17 übertragen, die auf dem abtriebseitigen Sonnenrad 13 abwälzen. Hätte nun das antriebseitige Sonnenrad die gleiche Zähnezahl wie das abtriebseitige Sonnenrad, würde dieses stillstehen. aufgrund der geringen Differenz der Zähnezahl wird es sich nach einer Umdrehung des Planetenträgers jedoch geringfügig verdrehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Übersetzung von 50:1 erzielt, d.h., dass das abtriebsseitige Sonnenrad erst nach 50 Umdrehungen der Antriebswelle eine Umdrehung durchlaufen hat.
Mit dieser Konstruktion kann eine sehr hohe Übersetzung auf geringstem Raum erreicht werden. Das abtriebsseitige Sonnenrad 13 kann mit einer nicht näher dargestellten Spindel verbunden sein, die mit einer Spindelmutter zum Verstellen und Ausrichten von Bauteilen, beispielsweise Walzen in einem Maschinenrahmen, zusammenwirkt. Durch die hohe Übersetzung kann zum einen eine sehr genaue Justierung der Walzen erfolgen. Zum anderen kann die erforderliche hohe Stellkraft erzeugt werden.
Die hohe Übersetzung macht es jedoch erforderlich, für größere Verstellwege die Antriebswelle 21 sehr häufig zu drehen. Um die Übersetzung zu umgehen und eine direkte Kopplung zwischen der Antriebswelle 21 und der Abtriebswelle 26 zu ermöglichen, ist der Kupplungsring 23 axial hin- und herverschiebbar gelagert. In der in 1 gezeigten Stellung ist das antriebsseitige Sonnenrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Das Planetengetriebe weist die hohe Übersetzung entsprechend dem Verhältnis der Zähnezahl des antriebsseitigen Sonnenrad zu der Differenz der Zähnezahl der Sonnenräder auf.
Durch Herausziehen des Kupplungsrings in die in 2 gezeigten Lage gelangt die Verzahnung des Kupplungsrings 23 außer Eingriff mit der Verzahnung 24 des Gehäuses und in Eingriff mit der Verzahnung 27 eines Flansches 28, der drehfest mit dem Hohlwelle 21 verbunden ist. Der Flansch kann beispielsweise Bestandteil des Handrads 25 sein. Dann sind Planetenträger und antriebsseitiges Sonnenrad drehfest miteinander verbunden. Die Planetenräder wirken lediglich als Mitnehmer, so dass das abtriebsseitige Sonnenrad mit der Antriebswelle im Übersetzungsverhältnis 1:1 mitdreht. Dann können auch größere Verstellwege schnell überwunden werden.

Claims

Antrieb, insbesondere Stellantrieb zum Ausrichten von Andruck- oder Auftragswalzen zum Beschichten von Materialbahnen, mit wenigstens einem Planetengetriebe, das ein antriebsseitiges Sonnenrad (12) auf der Antriebsseite, das über Arretiermittel (23) drehfest mit dem Getriebegehäuse (11) verbindbar ist, und ein abtriebsseitiges Sonnenrad (13) auf der Abtriebseite aufweist, das mit der Abtriebswelle (26) verbunden ist, welche Sonnenräder über wenigstens ein und vorzugsweise drei Planetenräder, die auf einem relativ zum Getriebegehäuse drehbaren und mit der Antriebswelle (21) verbundenen Planetenträger (18) drehbar gelagert sind, in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebsseitige Sonnenrad (12) die gleiche wie oder eine geringfügige abweichende Zähnzahl als das abtriebsseitige Sonnenrad (13) aufweist, dass die Planetenräder ein antriebsseitiges Planetenzahnrad (16), das mit dem antriebsseitigen Sonnenrad (12) kämmt, und ein abtriebsseitiges Plantetenzahnrad (17) aufweist, das mit dem abtriebseitigen Sonnenrad (13) kämmt, dass beide Planetenzahnräder die gleiche oder eine geringfügig voneinander abweichende Zähnezahl haben und drehfest miteinander verbunden um die gleiche Achse (19) drehen, wobei die Verzahnung des abtriebsseitigen Planetenzahnrads gegenüber der des antriebsseitigen Planetenzahnrades relativ zu der gemeinsamen Achse derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass jedes Planetenzahnrad mit dem ihm zugeordneten Sonnenrad einwandfrei in Eingriff ist.
Antrieb nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Zähnezahl der Sonnenräder (12, 13) zwischen 1 und 10 und vorzugsweise zwischen 1 und 5 liegt.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das abtriebsseitige Sonnenrad (13) eine geringere Zähnezahl als das antriebsseitige Sonnenrad (12) hat.
Antrieb nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenzahnräder (16, 17) die gleiche Zähnezahl aufweisen und die Verzahnung eines Planetenzahnsatzes um das Einfache oder einem Vielfachen eines oder mehrerer Bruchteile eines Zahnes versetzt ist, der beziehungsweise die der Differenz der Zähne der Sonnenräder geteilt durch die Anzahl der Planetenräder entsprechen.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Sonnenräder (12, 13) zentrale Sonnenräder sind.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abtriebsseitige Sonnenrad (13) 30 bis 70 Zähne und insbesondere 45 bis 55 Zähne und das antriebsseitige Sonnenrad (12) 31 bis 71 beziehungsweise 46 bis 56 Zähne aufweist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretiermittel (23) des antriebsseitigen Sonnenrads mit dem Gehäuse lösbar und das antriebsseitige Sonnenrad mit dem Plantetenträger drehfest verbindbar ist.
Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiermittel (23) wenigstens ein Kupplungsmittel umfasst, das zwischen einer Verstelllage, in der das antriebsseitige Sonnerad fest mit dem Gehäuse verbunden ist, und einer Schnellganglage, in der das antriebsseitige Sonnenrad drehfest mit dem Planetenträger verbunden und drehbar zum Gehäuse gelagert ist, hin- und herbewegbar ist.
Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebsseitige Sonnenrad (12) mit einer Hohlwelle (20) verbunden ist oder diese bildet, durch die die Antriebswelle (21) zum Planetenträger geführt ist und dass das Kupplungsmittel als ein axial hin- und herverschiebbaren Kupplungsring (23) ausgebildet ist, der in der Verstelllage in Eingriff mit der Hohlwelle (20) und dem Gehäuse (11) und in der Schnellganglage in Eingriff mit der Hohlwelle (20) und der Antriebswelle (21) und außer Eingriff mit dem Gehäuse ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsring von der Verstelllage erst durch Freigabe einer Sperre in die Schnellganglage bringbar ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsring durch Federkraft in der Verstelllage gehalten ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass, der Kupplungsring außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (21) mit einem Handrad (25) verbunden ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle eine Spindel aufweist oder mit einer Spindel verbunden ist.