DE102009014102A1

DE102009014102A1 - Sicherheitskupplung gegen Überlast, insbesondere für ein Walzgerüst oder eine Schere in einem Walzwerk

Info

Publication number: DE102009014102A1
Application number: DE200910014102
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Bender
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung (1) gegen Überlast, insbesondere für den Antriebsstrang eines Walzgerüsts oder den Antriebsstrang einer Schere in einem Walzwerk, die ein Antriebsteil (2) so mit einem Abtriebsteil (3) verbindet, dass ein Drehmoment bis zu einer vorgegebenen Größe drehfest zwischen dem Antriebsteil (2) und dem Abtriebsteil (3) übertragen werden kann, wobei bei Überschreitung des vorgegebenen Drehmoments ein Durchrutschen des Antriebsteils (2) relativ zu dem Abtriebsteil (3) an mindestens einer Reibpaarung (4, 5) entsteht, wobei die mindestens eine Reibpaarung (4, 5) zwischen zwei Bauteilen (6, 7) der Sicherheitskupplung (1) gebildet wird, wobei das eine Bauteil (6) drehfest mit dem Antriebsteil (2) und das andere Bauteil (6) drehfest mit dem Abtriebsteil (3) verbunden ist. Um in einfacher Weise einen Schutz gegen Überlast des Antriebsstranges sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, dass zwei sich radial (r) erstreckende Reibpaarungen (4, 5) vorhanden sind, wobei eines der beiden Bauteile (6) ein zweiteiliges Gehäuse (6', 6") ist, das in seinem Inneren zwei sich radial (r) erstreckende Gleitflächen (8, 9) aufweist, wobei das andere der beiden Bauteile (7) ein Wellenabschnitt mit einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch (10) ist, der an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten sich radial (r) erstreckende Gleitflächen (11, 12) aufweist, die an den Gleitflächen (8, 9) des Gehäuses (6) anliegen, wobei Einstellmittel (13) vorhanden ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung gegen Überlast, insbesondere für den Antriebsstrang eines Walzgerüsts oder den Antriebsstrang einer Schere in einem Walzwerk, die ein Antriebsteil so mit einem Abtriebsteil verbindet, dass ein Drehmoment bis zu einer vorgegebenen Größe drehfest zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil übertragen werden kann, wobei bei Überschreitung des vorgegebenen Drehmoments ein Durchrutschen des Antriebsteils relativ zu dem Abtriebsteil an mindestens einer Reibpaarung entsteht, wobei die mindestens eine Reibpaarung zwischen zwei Bauteilen der Sicherheitskupplung gebildet wird, wobei das eine Bauteil drehfest mit dem Antriebsteil und das andere Bauteil drehfest mit dem Abtriebsteil verbunden ist.
Insbesondere in Walzwerken und hier vor allem im Antriebsstrang eines Walzgerüsts oder einer Schere werden Sicherheitskupplungen dieser Art benötigt, um die Anlage im Falle abnormer Betriebsbedingungen zu sichern. Kommt es zu einer solchen abnormen Betriebsbedingung, kann das im Antriebsstrang des Walzgerüsts oder der Schere zu übertragende Drehmoment stark ansteigen. Dies kann im Extremfall zum Bruch von Teilen des Antriebsstrangs führen. Daher kann zur Sicherung gegen Überlastung eine Sicherheitskupplung der genannten Art eingesetzt werden.
Eine solche Kupplung ist als Reibungsring-Sicherheitskupplung bekannt und gelegentlich unter der Bezeichnung Conax-Kupplung anzutreffen. Hiernach wird ein Reibelement mit unter Winkel zur Achse angeordneten Reibflächen vorgesehen, die an entsprechend geformten Flächen von Reibscheiben anliegen. Durch axiales Verspannen kann so ein Drehmoment bis zu einem definierten Wert übertragen werden. Steigt das Drehmoment weiter an, kommt es zum Durchrutschen des Reibelements relativ zur Reibscheibe, so dass das übertragbare Drehmoment begrenzt ist.
Die EP 1 692 410 B1 beschreibt eine Sicherheitskupplung, bei der ein mit einer Verzahnung ausgebildeter Spindelabschnitt eingesetzt wird, wobei eine Drehschiebehülse mittels einer Druckhülse und eines mit Druckflüssigkeit aufgespannten Druckspaltes eine drehfeste und im Überlastfall nachgebende Reibschlussverbindung herstellt.
Daneben gibt es eine Vielzahl anderer Kupplungsbauformen, die zumeist die benötigte Sicherung gegen überhöhte Drehmomente nicht oder nur durch Einsatz eines im Überlastfalle brechenden Bauteils aufweisen. Beispielhaft sei auf die DE-PS 538 631 , die GB 134 418 , die DE 39 30 943 A1 , die EP 0 865 837 B1 , die US 1 451 519 und die EP 1 725 348 B1 hingewiesen.
Für Anwendungen in einem Walzwerk sind Sicherheitskupplungen der eingangs beschriebenen Art nicht immer geeignet. Hier müssen teilweise sehr hohe Drehmomente übertragen werden, was sehr große Bauformen der Sicherheitskupplung erforderlich machen würde. Zudem ist die Bauart der vorbekannten Kupplung relativ aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung der gattungsgemäßen Art so fortzubilden, dass sie sich besonders für den Einsatz in einem Walzwerk eignet, d. h. für die Absicherung hoher Drehmomente geeignet ist. Dabei liegt ein Augenmerk auf einer maschinenbautechnisch einfachen Bauart, die kostengünstig umsetzbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich radial erstreckende Reibpaarungen vorhanden sind, wobei eines der beiden genannten Bauteile ein zweiteiliges Gehäuse ist, das in seinem Inneren zwei sich radial erstreckende Gleitflächen aufweist, wobei das andere der beiden Bauteile ein Wellenabschnitt mit einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch ist, der an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten sich radial ersteckende Gleitflächen aufweist, die an den Gleitflächen des Gehäuses anliegen, wobei Einstellmittel vorhanden sind, mit denen die beiden Teile des Gehäuses relativ zueinander in axiale Richtung verspannt werden können.
Die Einstellmittel werden bevorzugt durch mindestens ein Schraubenelement gebildet, das in Achsrichtung verläuft und mit dem die beiden Teile des Gehäuses miteinander verspannt werden können. Das Schraubenelement weist dabei vorzugsweise einen Zuganker mit Gewinden in den axial endseitigen Bereichen auf, auf die Muttern aufgeschraubt sind, die an äußeren Stirnseiten des Gehäuses direkt oder indirekt anliegen.
Insbesondere können mehrere Schraubenelemente um den Umfang des Gehäuses herum angeordnet sein. Die Schraubenelemente sind dabei besonderes bevorzugt äquidistant um den Umfang des Gehäuses herum angeordnet.
Das Gehäuse und der Flansch bestehen dabei mit Vorteil aus Metall.
Mindestens eine der Reibpaarungen steht bevorzugt mit einem Ölreservoir in fluidischer Verbindung. Dadurch wird die Reibpaarung ölgeschmiert und so mit definierten Rutscheigenschaften versehen. Das Ölreservoir kann dabei durch eine Ausnehmung in dem den Flansch aufweisenden Bauteil ausgebildet sein.
Mindestens eine der Gleitflächen eines der Bauteile kann eine Beschichtung mit einem Gleitlagerwerkstoff aufweisen. Hierbei ist insbesondere an eine Beschichtung aus Bronze gedacht. Diese kann durch eine Auftragsschweißung hergestellt sein.
In mindestens eine der Gleitflächen eines der Bauteile können auch Ausnehmungen eingearbeitet sein. Bei diesen handelt es sich vorzugsweise um Nuten; die Nuten verlaufen dabei bevorzugt radial.
An den beiden Bauteilen können mittelbar oder unmittelbar Sensoren zur Ermittlung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit der Bauteile angeordnet sein, die mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Schlupfs in Verbindung stehen.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung einer Sicherheitskupplung wird es möglich, den Antriebsstrang insbesondere einer Anlage in einem Walzwerk effektiv vor überhöhten Drehmomenten zu schützen, wobei eine einfache Bauart möglich ist, die sich entsprechend kostengünstig umsetzen lässt. Dabei ist insbesondere an den Antrieb eines Walzgerüsts oder einer Schere in einem Walzwerk gedacht. Die Antriebs- und Abtriebswellen sind damit gut vor Überlastung geschützt.
Es ist dabei in einfacher Weise möglich, das maximal übertragbare Drehmoment einzustellen, wozu insbesondere die Schrauben, die die beiden Gehäusehälften axial zusammenziehen und so das den Flansch aufweisende Bauteil verspannen, entsprechend mit definiertem Drehmoment angezogen werden.
Die Rutschfestigkeit ist durch den Einsatz der erwähnten Ölschmierung gegeben, die sich aus dem vorgesehenen Ölreservoir ergibt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Schnittdarstellung durch eine Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung, nämlich den Schnitt A-B gemäß 2,
2 die Seitenansicht der Sicherheitskupplung gemäß 1, gesehen in Ansicht C von 1, und
3 ein Teil der Sicherheitskupplung, gesehen in Ansicht D von 1.
In den Figuren ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung 1 zu sehen. Die Sicherheitskupplung 1 überträgt ein Drehmoment bis zu einer maximalen, vorgegebenen Größe von einem Antriebsteil 2 (Antriebswelle, beispielsweise eines Motors) zu einem Abtriebsteil 3 (beispielsweise umfassend – wie in 1 angedeutet – eine Gelenkwelle oder eine Zahnspindel). Das Antriebsteil 2 ist dabei mit einem Bauteil 6 in Form eines Gehäuses drehfest verbunden. Im Ausführungsbeispiel liegt ein Ölpressverband zwischen dem Antriebsteil 2 und dem einen Teil 6'' des Gehäuses 6 vor. Das Abtriebsteil 3 ist indes mit einem Bauteil 7 der Sicherheitskupplung 1 drehfest verbunden.
Das Gehäuse 6 ist zweiteilig ausgebildet, d. h. es hat die Teile 6' und 6''. Diese Teile bilden im Inneren des Gehäuses zwei radial verlaufende Gleitflächen 8 und 9. Das Bauteil 7 weist einen Flansch 10 auf, der sich mit seinen beiden Stirnseiten radial erstreckt und hierdurch die Gleitflächen 11 und 12 bildet. Die Gleitflächen 8 und 11 bilden eine erste Reibpaarung 4, die Gleitflächen 9 und 12 bilden eine zweite Reibpaarung 5.
Das Gehäuseteil 6'' kann aufgrund einer entsprechenden Eindrehung im Gehäuseteil 6' relativ zu dem Teil 6' in axiale Richtung a verschoben werden, so dass die lichte Weite zwischen den beiden Gleitflächen 8 und 9 vermindert werden kann, und zwar auf einen Abstand, der kleiner ist als die axiale Erstreckung des Flansches 10. Demgemäß kann bei Zusammenfahren der beiden Gehäuseteile 6' und 6'' der Flansch 10 des Bauteils 7 geklemmt werden, so dass sich die beiden Reibpaarungen 4 und 5 ausbilden.
Zum Verspannen des Flansches 10 mit seinen Gleitflächen 11 und 12 zwischen den beiden Gehäuseteilen 6' und 6'' dienen Einstellmittel 13 in Form von Zugankern 13', die endseitig je ein Gewinde 13'' aufweisen, auf die eine Mutter 13''' aufgeschraubt werden kann. In der montierten Stellung drücken die Muttern 13''' auf die Stirnseiten 14 und 15 der beiden Gehäuseteile 6' und 6'', so dass sich die Verspannung des Flansches 10 ergibt.
In Abhängigkeit des Anzugsdrehmoments der Muttern 13''' ergibt sich damit ein definierter Grenzwert für das übertragbare Drehmoment, das die Sicherheitskupplung 1 übertragen kann, bevor es an den Reibpaarungen 4 und 5 zum Durchrutschen des Bauteils 6 relativ zum Bauteil 7 kommt. Ein Verdrehen der Teile 6' und 6'' des Gehäuses 6 relativ zueinander ist durch Mitnehmer 19 (s. 1 und 2) verhindert.
Im Bauteil 7 ist ein Ölreservoir 16 eingearbeitet, das im montierten Zustand der Sicherheitskupplung mit Öl gefüllt ist und so die Reibpaarungen 4, 5 mit Öl versorgt. Hierdurch können reproduzierbare Reibverhältnisse erzeugt werden.
Wie in 3 zu sehen ist, wo das Bauteil 7 dargestellt ist, sind die Gleitflächen 8, 9, 11, 12 zumindest teilweise mit Ausnehmungen 17 in Form von Nuten versehen, die sich in radiale Richtung r erstrecken. Durch die Nuten 17 können die Gleitflächen verbessert mit Öl aus dem Ölreservoir 16 versorgt werden.
Sinnvoll kann es sein, ein eventuell auftretendes Rutschen des Flansches 10 bzw. des Bauteils 7 relativ zum Gehäuse 6', 6'' zu erkennen, um in diesem Falle den Antriebsmotor, der das Antriebsteil 2 antreibt, herunterzufahren. Dazu ist sowohl auf der Antriebsseite als auch auf der Abtriebsseite ein Sensor vorgesehen, der den Drehwinkel bzw. die Drehgeschwindigkeit des An- und Abtriebsteils 2, 3 misst. Eingezeichnet ist in 1 der abtriebseitige Sensor 18. Der Sensor im Antrieb kann beispielsweise durch einen in den Motor integrierten Tacho verwirklicht sein. Der Sensor 18 kann als Näherungsschalter ausgebildet sein, der als Impulsgeber arbeitet. Mit einer entsprechenden Auswerteeinheit (nicht dargestellt) werden die gemessenen Drehwinkel bzw. Drehgeschwindigkeiten verglichen. Liegen ungleiche Drehwinkel pro Zeit bzw. unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten vor, schließt die Auswerteeinheit auf gegebenen Schlupf und fährt die Leistung des Antriebsmotors herunter.

1: Sicherheitskupplung
2: Antriebsteil
3: Abtriebsteil
4: Reibpaarung
5: Reibpaarung
6: Bauteil (Gehäuse)
6': Teil des Gehäuses (Klemmring)
6'': Teil des Gehäuses
7: Bauteil
8: Gleitfläche
9: Gleitfläche
10: Flansch
11: Gleitfläche
12: Gleitfläche
13: Einstellmittel
13': Welle
13'': Gewinde
13''': Mutter
14: Stirnseite
15: Stirnseite
16: Ölreservoir
17: Ausnehmung (Nut)
18: Sensor
19: Mitnehmer
r: radiale Richtung
a: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1692410 B1 [0004]
- DE 538631 [0005]
- GB 134418 [0005]
- DE 3930943 A1 [0005]
- EP 0865837 B1 [0005]
- US 1451519 [0005]
- EP 1725348 B1 [0005]

Claims

Sicherheitskupplung (1) gegen Überlast, insbesondere für den Antriebsstrang eines Walzgerüsts oder den Antriebsstrang einer Schere in einem Walzwerk, die ein Antriebsteil (2) so mit einem Abtriebsteil (3) verbindet, dass ein Drehmoment bis zu einer vorgegebenen Größe drehfest zwischen dem Antriebsteil (2) und dem Abtriebsteil (3) übertragen werden kann, wobei bei Überschreitung des vorgegebenen Drehmoments ein Durchrutschen des Antriebsteils (2) relativ zu dem Abtriebsteil (3) an mindestens einer Reibpaarung (4, 5) entsteht, wobei die mindestens eine Reibpaarung (4, 5) zwischen zwei Bauteilen (6, 7) der Sicherheitskupplung (1) gebildet wird, wobei das eine Bauteil (6) drehfest mit dem Antriebsteil (2) und das andere Bauteil (7) drehfest mit dem Abtriebsteil (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich radial (r) erstreckende Reibpaarungen (4, 5) vorhanden sind, wobei eines der beiden Bauteile (6) ein zweiteiliges Gehäuse (6', 6'') ist, das in seinem Inneren zwei sich radial (r) erstreckende Gleitflächen (8, 9) aufweist, wobei das andere der beiden Bauteile (7) ein Wellenabschnitt mit einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch (10) ist, der an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten sich radial (r) ersteckende Gleitflächen (11, 12) aufweist, die an den Gleitflächen (8, 9) des Gehäuses (6) anliegen, wobei Einstellmittel (13) vorhanden sind, mit denen die beiden Teile des Gehäuses (6', 6'') relativ zueinander in axiale Richtung (a) verspannt werden können.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel (13) durch mindestens ein Schraubenelement gebildet werden, das in Achsrichtung (a) verläuft und mit dem die beiden Teile des Gehäuses (6', 6'') miteinander verspannt werden können.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubenelement (13) eine Welle (13') mit Gewinden (13'') in den axial endseitigen Bereichen aufweist, auf die Muttern (13''') aufgeschraubt sind, die an äußeren Stirnseiten (14, 15) des Gehäuses (6', 6'') direkt oder indirekt anliegen.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schraubenelemente (13) um den Umfang des Gehäuses (6', 6'') herum angeordnet sind.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenelemente (13) äquidistant um den Umfang des Gehäuses (6', 6'') herum angeordnet sind.
Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6', 6'') und der Flansch (10) aus Metall bestehen.
Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Reibpaarungen (4, 5) mit einem Ölreservoir (16) in fluidischer Verbindung steht.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölreservoir (16) durch eine Ausnehmung in dem den Flansch (10) aufweisenden Bauteil (7) ausgebildet ist.
Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gleitflächen (8, 9, 11, 12) eines der Bauteile (6, 7) eine Beschichtung mit einem Gleitlagerwerkstoff aufweist.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Bronze besteht.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch eine Auftragsschweißung hergestellt ist.
Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens eine der Gleitflächen (8, 9, 11, 12) eines der Bauteile (6, 7) Ausnehmungen (17) eingearbeitet sind.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (17) als Nuten ausgebildet sind.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (17) radial verlaufen.
Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Bauteilen (6, 7) mittelbar oder unmittelbar Sensoren (18) zur Ermittlung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit der Bauteile (6, 7) angeordnet sind, die mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Schlupfs in Verbindung stehen.