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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz von Antriebswellen
gegen Überlast und zum Ausgleich von Axialverschiebung,
insbesondere für Ständerrollenantriebe an Walzgerüsten.
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Die
Schrift
DE 466 307 beschreibt
einen Ständerrollenantrieb für Walzwerksrollgänge,
bei dem die Ständerrollen
12,
13, die
in den Walzenständern
4,
5 gelagert sind, über
Spindeln
15,
16 angetrieben werden. Maßnahmen
zum Schutz gegen Überlast oder zum Ausgleich von Axialverschiebung der
Spindeln sind hier nicht vorgesehen.
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Es
ist Stand der Technik, an Antriebswellen zur Übertragung
von Drehbewegungen Rutschkupplungen zum Schutz gegen Überast
oder Zahnkupplungen zum Ausgleich axialer Bewegung der Wellen einzusetzen.
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Die
Schrift
DE 298 08
627 U1 betrifft eine Bogenzahnkupplung für Antriebssysteme
von Schienenfahrzeugen, bestehend aus zwei auf je einem Wellenende
drehfest montierten Kupplungsnaben mit je einer Geradverzahnung
und aus einer Kupplungshülse mit endseitigen Bogenverzahnungen,
die mit den beiden Geradverzahnungen der Kupplungsnaben in Eingriff
stehen.
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Die
Bogenzahnkupplung wird zur formschlüssigen Übertragung
von Drehmomenten in Antriebssystemen eingesetzt, bei der radiale,
axiale und/oder Winkelversetzungen zwischen den Achsen der Antriebswelle
und der Abtriebswelle auftreten. Durch die ballige Form jeweils
einer Verzahnung jedes Verzahnungspaares kann die Kupplungshülse bei
einer lateralen Achsversetzung eine Schräglage einnehmen,
in welcher die Hülsenachse unter einem kleinen Winkel zur
ursprünglichen Lage und zu den beiden Nabenachsen geneigt
ist.
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Die
in den verschiedensten Bereichen der Antriebstechnik eingesetzte
Bogenzahnkupplung gemäß
DE 198 37 942 C2 besitzt
ein erstes innenverzahntes Kupplungsteil (
2), das mit einer
Nabe (
4) drehfest auf eine Antriebswelle montiert ist,
und mit einem zweiten innenverzahnten Kupplungsteil (
3), das
mit einer Nabe (
5) drehfest auf eine der ersten Antriebswelle
stirnseitig gegenüberstehenden zweiten Abtriebswelle montiert
ist, sowie mit einem das erste und zweite Kupplungsteil (
2,
3)
verbindenden Mittelteil (
6), das an seinen beiden Enden
je eine ballige Außenverzahnung (
9,
10)
besitzt, die in die Innenverzahnung (
7,
3) der
entsprechenden Kupplungsteile (
2,
3) eingreift.
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Die
Schrift
DE 199 09
301 A1 offenbart eine Rutschkupplung mit radialen Eingriffsorganen
für Getriebewellen, insbesondere für die Anwendung
an Kardanwellen. Die Rutschkupplung als besondere Art von Drehmomentbegrenzern
begrenzt den Höchstbetrag des zwischen einer Antriebswelle
und einer Abtriebswelle übertragbaren Drehmomentes, wobei
die zweite Getriebewelle gegenüber der ersten ins Rutschen
gebracht wird, sobald das übertragene Drehmoment einen
vorgegebenen Betrag erreicht.
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Die
Kupplung besitzt im Kupplungsgehäuse koaxiale Antriebs-
und Abtriebsnaben, die mit den jeweiligen Getriebewellen verbunden
sind, eine Vielzahl von Eingriffsorganen, die innerhalb des Kupplungsgehäuses
radial gleitbar sind, und ein Einrückorgan, das über
Federschubmittel axial beweglich ist.
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Die
Schrift
DE 42 44 501
C1 betrifft eine nachstellbare, koaxial zu einer Welle
angeordnete Rutschkupplung mit Reibscheiben, von denen mindestens
eine durch ein Druckfederpaket federbelastet ist, welches an einem
zur Verstellung der Kupplungskraft koaxial zu der Welle beweglichen
Druckstück gestützt ist.
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Derartige
Rutschkupplungen sind aus der Praxis bekannt und dienen beispielsweise
als Sicherheitskupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe
einer Arbeitsmaschine. Die Rutschkupplung weist eine oder mehrere
Reibscheiben auf, über die das Antriebsmoment des Motors
auf die Antriebswelle des Getriebes übertragen wird. Um
die für diese Kraftübertragung notwendige Reibkraft
zu erzeugen, ist mindestens eine der jeweils äußeren
Reibscheiben der Kupplung mittels Druckfedern derart druckkraftbeaufschlagt,
dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle
des Motors und der Antriebswelle des Getriebes hergestellt ist.
Dabei ist die Anpreßkraft der Federn so eingestellt, dass
die Kupplung bei einer zu hohen Belastung oder einer Blockierung
des Getriebes durchrutscht.
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Auch
bei der Übertragung von größeren Wellendrehmomenten,
z. B. bei modernen Grobblechgerüsten, ist es üblich,
eine Dreh-Sicherheitskupplung gegen Überlastung durch Momente
motorseitig außerhalb der axial-beweglichen Antriebswellen
anzuordnen. Bei Gelenkweilen wird die Sicherheitsfunktion gegen axiale Überlast,
z. B. durch Walzenschrägbruch in einem Verschiebestück,
erreicht. Hier dient das Verschiebestück auch zum Längenausgleich
bei aktiver Verschiebung der Walzen.
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Im
Gegensatz zu Gelenkwellen weisen Flachzapfenspindeln in der Regel
keine axiale Verschiebbarkeitauf. Bei Flachzapfenantrieben wird
eine kleine axiale Verschiebung zwischen dem walzenseitigen Treffer
und dem Gelenkkopf realisiert. Für eine größere
axiale Verschiebung der Walzen oder als Schutzfunktion im Havariefall
wird vereinzelt eine Verschiebung eines Gelenkkopfes auf einer Keilwelle angewandt.
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Aus
der Schrift
DE 38 11
790 A1 ist ein Walzwerksantrieb mit Bogenzahn-Gelenkspindel
bekannt. Bei den zwischen Kammwalze und Arbeitswalzen angeordneten
axial verschiebbaren Gelenkspindeln wird das Spindelgelenk jeweils
aus einem eine Bogenverzahnung aufweisenden Kupplungstreffer und aus
einer diesen Treffer umgreifenden mit Innenverzahnung versehenen
Kupplungshülse gebildet.
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Die
Kupplungshülsen sind auf die Wellenzapfen von Kammwalze
bzw. Arbeitswalze geschoben. Die Gelenkspindel ist zwischen den
Kupplungshülsen mit Hilfe von im Bereich der Spindelachse
angeordneten Stützelementen und axial verstellbaren Druckstößeln
geführt. Zum Ausgleich der axialen Verschiebung der mit
der Gelenkspindel gekoppelten Arbeitswalze übergreift die
Innenverzahnung der Kupplungshülse die Bogenverzahnung
des Treffers zumindest mit einer solchen tragenden Länge,
wie sie dem Maß der axialen Verschieblichkeit der Gelenkspindeln
entspricht.
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Die
Schrift
DE 37 06 577
C2 offenbart eine Zahngelenkspindel für Walzwerksantriebe
mit auf den Enden der Spindelwelle vorgesehenen, Bogenverzahnungen
aufweisenden Kupplungstreffern und diesen umgreifenden Innenverzahnungen
der an der Spindelwelle beidendig über Stützkugeln
und Druckstempel abgestützten Anschlusshülsen
und mit einer Ölumlaufschmierung, zu der ein mit einer
Nut vorgesehener Ölzufuhrring gehört.
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Der Ölzufuhrring
umfasst abgedichtet die Spindelwelle und ist auf dieser, gegen axiale
Verschiebung gesichert, drehbar gelagert, wobei die Nut durch mindestens
eine radiale Bohrung in der Spindelwelle mit mindestens einem in
dieser längsverlaufenden zentralen Kanal verbunden ist,
von dem aus die zu schmierenden undkühlenden Zahnkupplungen mit Öl
versorgbar sind. Die Bohrung des zentralen Kanals weist im walzenseitigen
Endbereich der Spindelwelle einen vergrößerten Durchmesser
zur Aufnahme von durch Tellerfedern vorgespannten Druckstößeln
auf. Mindestens ein auf der Spindelwelle gelagertes Ölabfuhr-Gehäuse,
umgibt abgedichtet die Zahnkupplung und den Ölzufuhrring.
Die Spindelwelle ist in mindestens einem der Kupplungstreffer drehfest
und auf einer die Stützkugel aufweisenden axial vorgespannten
Führungshülse axial verschiebbar geführt.
Der zentrale Kanal ist mit Bohrungen sowie Ölleitungen
zur Umlaufschmierung der Reibflächen zwischen dem gegen
die Spindelwelle axial verschiebbaren Kupplungstreffer, der gegen
die Spindelwelle axial verschiebbaren Führungshülse,
den gegen die Druckstempel verlagerbaren Stützkugeln und
den gegen die Innenverzahnungen verlagerbaren Bogenverzahnungen
ausgestattet.
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Die
Schrift
DE 40 28 158
A1 zeigt eine Kupplung zum Kuppeln von zwei zueinander
koaxialen drehbaren Teilen, miteinander umfassend ein im wesentlichen
zylindrisches Kupplungsteil, das zwischen den miteinander zu kuppelnden
Teilen befestigbar ist und in radialer Richtung sowohl nach außen
als auch nach innen ausdehnbar ist, um auf die Teile einen Kupplungsdruck über
die Zwischenschaltung des Kupplungsteils auszuüben. Das
Kupplungsteil enthält eine Druckkammer, die zur Speisung
mit einem Druckströmungskanal zur Ausdehnung des Kupplungsteils
bestimmt ist, und die mit einer Druckentlastungseinrichtung versehen
ist, die bei einer Relativdrehung der vorstehend genannten Teile
ausgelöst wird. Das Kupplungsteil ist so ausgebildet, dass
es eine größere Kupplungskraft auf ein erstes
der genannten Teile, als auf das andere dieser Teile ausübt.
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Die
Druckentlastungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie bei einer
Relativdrehung zwischen dem ersten Teil und dem Kupplungsteil aktiviert
wird, jedoch eine Drehung zwischen dem anderen der Teile und dem
Kupplungsteil ermöglicht.
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Das
Dokument
DE 34 19 307
A1 beschreibt eine Anordnung zur lösbaren Reibschlußverbindung zwischen
einer als Hohlwelle ausgebildeten und in beabstandeten Lager innerhalb
eines Gehäuses gelagerten Getriebeeingangswelle und einer
in diese einschiebbaren Antriebswelle.
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In
der Getriebeeingangswelle ist eine vor den Lagern endende mit Flüssigkeit
gefüllte Ringkammer von geringer radialer Weite ausgebildet
Wenigstens an einem Ende der Getriebeeingangswelle ist eine mit
der Ringkammer in Verbindung stehende Einrichtung zum Ausüben
von Druck auf die Flüssigkeit und dadurch zum Festklemmen
der Getriebe-eingangswelle auf der Antriebswelle vorgesehen.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Anordnung zum Schutz von Antriebswellen gegen Überlast
und zum Ausgleich von Axialverschiebung zu schaffen, die gegenüber
den aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten Lösungen
einen konstruktiv einfachen Aufbau besitzt.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den Merkmalen des
Anspruchs 1. Eine konkretisierende Ausgestaltung der Erfindung ist
in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Aus
dem Stand der Technik sind sowohl Rutschkupplungen, als auch Bogenzahnkupplungen als
separate Bauelemente bekannt.
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Das
wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung
ist es, dass diese beiden Elemente in einem Gehäuse zu
einer Kupplung miteinander kombiniert sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung ist am Ende der
antreibenden Motorwelle ein Flansch befestigt, der mittels einer
Schraubverbindung mit einem einen Hohlkörper bildenden
Klemmkörper stirnseitig und hinsichtlich deren Abstand
zueinander einstellbar verbunden ist.
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Der
Klemmkörper umschließt eine eine axiale Innenverzahnung
aufweisende rotationssymmetrische Klemmhülse derartig,
dass Ringflächen des Flansches an der Motorwelle und an
der dem Flansch an der Motorwelle zugewandte Seite des Klemmkörpers
den ringflächigen Stirnseiten der Klemmhülse gegenüberstehen
und im Betriebsfall mit einer das höchste zu übertragende
Drehmoment bestimmenden Kraft aufeinander gepresst werden.
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Die
Stärke dieser Kraft, d. h. die Stärke der Klemmung
zwischen Motorwellenflansch, Klemmhülse und Klemmkörper
ist durch Änderung des Anzugsmoments einer Schraubverbindung
zwischen Motorwellenflansch und Klemmkörper einstellbar.
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In
zweckmäßiger Weise ist die Schraubverbindung zwischen
Motorwellenflansch und Klemmkörper durch eine außenliegende
Schraube gebildet, die am Motorwellenflansch einerseits und am dem Motorwellenflansch
gegenüber liegenden Ende des Klemmkörpers andererseits
angreift.
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In
die Klemmhülse ragt der eine Nabe bildende Kopf einer Abtriebswelle,
der eine axiale Außenverzahnung trägt, die in
die Innenverzahnung der Klemmhülse eingreift. Zur verdrehungsfesten
Mitnahme des Klemmkörpers ist am Motorwellenflansch ein
Mitnehmer-Nocken befestigt, der in eine axial verlaufende Nut des
Klemmkörpers derart eingreift, dass eine relative Axialverschiebung
zwischen Motorwellenflansch und Klemmkörper nicht behindert ist.
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In
den Innenraum, der durch den Flansch an der Motorwelle, die Stirnseiten
der Motorwelle sowie der Abtriebswelle und die Klemmhülse
gebildet ist, ist eine Ölfüllung eingebracht.
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In
zweckmäßiger Weise beträgt die Dicke des
eine Außenverzahnung tragenden Kopfes der Abtriebswelle
in axialer Richtung ein Viertel bis ein Drittel der Länge
der Klemmhülse.
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Um
einen Winkelversatz der Abtriebswelle gegenüber der Motorwelle
zu ermöglichen, ist die Außenverzahnung am Kopf
der Abtriebswelle als Bogenverzahnung ausgeführt. In die
Abtriebswelle kann eine umlaufende Nut derart eingebracht sein,
dass ein darin eingelegter Spreizring die Abtriebswelle derart fixiert,
dass sich die Abtriebswelle nicht in Richtung auf den Flansch der
Motorwelle verschieben lässt.
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Zur
Erhöhung der Standfestigkeit ist es möglich, auf
die Rutschflächen des Klemmkörpers und des Flansches
der Motorwelle Bronze durch Auftragsschweißung aufzubringen.
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Die
Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel für
einen Ständerrollenantrieb anhand der einzigen Figur näher
erläutert werden.
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Die
Figur zeigt einen axialen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Anordnung.
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Am
konisch auslaufenden Ende einer Motorwelle 1 ist ein mit
einem von der Motorwelle wegweisenden Hohlprofil versehener Flansch 2 befestigt.
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Der
Flansch 2 ist mittels einer Schraubverbindung 3 mit
einem einen Hohlkörper bildenden Klemmkörper 4 stirnseitig
und hinsichtlich deren Abstand zueinander einstellbar, verbunden.
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Der
Klemmkörper 4 umschließt eine eine axiale
Innenverzahnung 5 aufweisende rotationssymmetrische Klemmhülse 6 derart,
dass die Stirnflächen der Klemmhülse 6 an
einer zur Mittenachse 7 des Klemmkörpers 4 gerichteten
Abwinklung 8 des Klemmkörpers einenends und am
Flansch 2 anderenends anliegen und dort Rutschflächen
bilden.
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Die
Stärke der Klemmung zwischen Motorwellenflansch 2,
Klemmhülse 6 und Klemmkörper 4, und
damit die Stärke des maximal übertragbaren Drehmoments,
kann durch Änderung des Anzugsmoments der Schraubverbindung 3 eingestellt
werden.
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Die
Schraubverbindung 3 zwischen Motorwellenflansch 2 und
Klemmkörper 4 ist durch eine außenliegende
Schraube gebildet, die am Motorwellenflansch 2 einerseits
und am dem Motorwellenflansch gegenüber liegenden Ende
des Klemmkörpers 4 andererseits angreift.
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In
die Klemmhülse 6 ragt der eine Nabe bildende Kopf 9 einer
Abtriebswelle 10, der eine axiale Außenverzahnung 11 trägt,
die in die Innenverzahnung 5 der Klemmhülse 6 eingreift.
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Die
Außenverzahnung des Kopfes der Abtriebswelle 10 ist
als Bogenverzahnung ausgeführt, so dass ein geringer Winkelversatz
der Abtriebswelle zur Mittenachse 7 möglich ist.
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Die
Dicke des Kopfes 9 der Abtriebswelle 10 in axialer
Richtung beträgt etwa ein Viertel bis ein Drittel der Länge
der Klemmhülse 6, so dass genügend Spielraum
für eine axiale Verschiebung der Abtriebswelle relativ
zur Motorwelle gegeben ist. Diese Verschiebbarkeit ist bei der Montage
des Ständerrollenantriebes erforderlich, bei der der Kopf
der Abtriebswelle weiter in die Klemmhülse hineingefahren wird.
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Ein
in eine umlaufende Nut der Abtriebswelle 10 eingebrachter
Spreizring 12 sorgt im normalen Betriebsfall dafür,
dass sich der Kopf der Abtriebswelle nur minimal in Richtung auf
den Flansch 2 der Motorwelle verschieben lässt.
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Am
Motorwellenflansch 2 ist ein Mitnehmer-Nocken 13 befestigt,
der in eine axial verlaufende Nut des Klemmkörpers 4 derart
eingreift, dass sowohl eine exakte Dreh-Mitnahme des Klemmkörpers, als
auch eine relative Axialverschiebung zwischen Motorwellenflansch
und Klemmkörper gewährleistet ist.
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In
den Innenraum 14, der durch den Flansch 2 an der
Motorwelle, die Stirnseite der Motorwelle, den Kopf der Abtriebswelle
sowie die Klemmhülse 6 gebildet ist, ist eine Ölfüllung
eingebracht. Die Ölfüllung sorgt für
die Schmierung der Verzahnung 5, 11 in der Klemmhülse 6. Über
eingebrachte Kanäle wird Öl zu den den Gleitflächen
zwischen Klemmkörper 4, Klemmhülse 6 und
Flansch 2 geführt. Damit wird zwar der Reibungsbeiwert
an den Rutschflächen reduziert, andererseits erhöht
sich jedoch die Funktionssicherheit (kein Festfressen der Rutschflächen) und
entstehen reproduzierbare Verhältnisse zwischen den Rutschflächen.
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Zur
Erhöhung der Standfestigkeit ist auf die Rutschflächen
des Klemmkörpers und des Flansches der Motorwelle Bronze
durch Auftragsschweißung aufgebracht.
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Die
beschriebene Anordnung stellt eine die bisher bekannten Lösungen
der oben genannten Anforderungen vereinfachende und platzsparende
Konstruktion dar.
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- 1
- Motorwelle
- 2
- Flansch
- 3
- Schraubverbindung
- 4
- Klemmkörper
- 5
- Innenverzahnungen
- 6
- Klemmhülse
- 7
- Mittenachse
- 8
- Abwinklung
- 9
- Kopf
der Abtriebswelle
- 10
- Abtriebswelle
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Spreizring
- 13
- Mitnehmer-Nocken
- 14
- Innenraum
- 15
- Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 466307 [0002]
- - DE 29808627 U1 [0004]
- - DE 19837942 C2 [0006]
- - DE 19909301 A1 [0007]
- - DE 4244501 C1 [0009]
- - DE 3811790 A1 [0013]
- - DE 3706577 C2 [0015]
- - DE 4028158 A1 [0017]
- - DE 3419307 A1 [0019]