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Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzenvorschubgerät oder eine Vorschubrichtmaschine zum Fördern und/oder Richten von Blechstreifen oder anderen Materialstreifen, enthaltend wenigstens zwei Walzen, die drehbar gelagert sind und die parallel zueinander ausgerichtet sind und deren Abstand zueinander verstellbar ist und deren Oberflächengeschwindigkeit gleich ist und zwischen denen der Materialstreifen durchläuft und einem Antrieb, der mit beiden Walzen mechanisch verbunden ist.
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Im Maschinenbau ist es eine sehr häufige Aufgabe streifenförmiges Material wie z. B. Blechstreifen mit zwei Walzen zu befördern, die sich auf die Oberseite und die Unterseite des Streifens drücken und ihn weiterziehen, indem sie sich mit identischer Oberflächengeschwindigkeit drehen. Meist sind die Durchmesser beider Walzen gleich, sodass auch ihre Drehzahl gleich ist. Aber auch bei ungleichem Durchmesser der beiden Walzen ist ein geregelter Vorschub dann möglich, wenn die Oberflächengeschwindigkeit beider Walzen identisch ist. Transportiert kann auf diese Weise auch jedes andere streifenförmige Material aus Metall, Kunststoff oder anderen Werkstoffen. Auch Profile wie Rohre oder Schienen können auf diese Weise eingezogen werden.
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Eine wesentliche Funktionalität dabei ist, dass der Abstand der beiden Walzen zueinander verstellbar ist, damit Material der verschiedensten Stärken von einer Maschine eingezogen werden kann.
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Diese Verstellmöglichkeit wird meist auch zum Einlegen der Anfangskante des Streifens genutzt: Dazu werden die beiden Walzen auf größtmöglichen Abstand gefahren, sodass der Streifen mit einer relativ geringen Genauigkeit und ohne Reibung zwischen die Walzen eingeführt werden kann. Dann werden im nächsten Schritt die beiden Walzen aufeinander zu gefahren, bis ihre zylindrischen Außenflächen die Oberseite bzw. die Unterseite des zu fördernden Streifens berühren.
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Ein grundsätzlich zu lösendes Problem ist, dass bei jedem Abstand der beiden Walzen voneinander sowohl die obere Walze als auch die untere Walze angetrieben werden muss. Wenn nur eine der beiden Walzen getrieben wird und die andere Walze ohne Antrieb mitrollt, wird die zur Übertragung der Vorschubkraft verfügbare Fläche halbiert. Da diese bei der Berührung einer Ebene durch eine Walze theoretisch nur eine Linie ist – also nahe Null geht – in der Praxis jedoch durch die Elastizität der Walze und des zu fördernden Materials durchaus einen realen Wert einnimmt, der aber sehr klein ist, würde eine Halbierung der zur Übertragung der Vorschubkraft verfügbaren Fläche unweigerlich zum Durchrutschen der verbleibenden, angetriebenen Walze führen. Eine Erhöhung des Anpressdruckes wird in der Regel nicht möglich sein, weil dadurch eine Beschädigung des zu fördernden Materials droht. Deshalb ist es in den meisten Fällen erforderlich, dass sowohl die Oberwalze als auch die Unterwalze angetrieben wird.
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Das es wirtschaftlicher ist, einen einzigen, großen anstelle von zwei kleinen Motoren einzusetzen, stellt sich die Aufgabe, den radialen Versatz bei der Übertragung des Drehmomentes vom Motor auf die Walze auszugleichen.
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Auf aktuellem Stand der Technik wird dazu meistens wenigstens eine Gelenkwelle eingesetzt. Sie besteht aus vier Wellenabschnitten, von denen die mittleren beiden durch eine Vielkeilverbindung teleskopisch in ihrer Längsrichtung auseinander- und zusammengefahren werden können und durch die Vielkeilverbindung das Drehmoment übertragen. Diese mittlere Baugruppe ist durch jeweils ein Kardangelenk mit den beiden äußern Teilen der Welle verbunden, wobei das Kardangelenk aus zwei kreuzweise angeordneten Drehgelenken besteht, die in einem kreuzförmigen Bauteil angeordnet sind und von denen das eine Drehgelenk mit der mittleren Baugruppe der Gelenkwelle verbunden ist und das andere Drehgelenk mit den beiden äußeren Wellenenden der Gelenkwelle verknüpft ist.
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Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt die
PS-DE 41 39 160 , Kato ein Paar von Andruckwalzen, deren Abstand voneinander justierbar ist und bei denen eine „Fehlfluchtung jeder Walze gegenüber der Drehwelle durch je eine Universalkupplung ausgeglichen” wird. Jede „Universalkupplung” besteht aus drei koaxial angeordneten Wellensegmenten, die durch elastische Scheiben verbunden sind, welche einen Winkelversatz und einen Längenversatz ausgleichen. Die Funktionalität entspricht einer Gelenkwelle.
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Die PS-
DD 203 035 , Werner, Horst nennt explizit Gelenkwellen als Antriebselement zum Ausgleich des radialen Versatzes von zwei Walzen, deren Abstand zueinander verstellbar ist.
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Der Nachteil der elastischen Wellen und der Gelenkwellen ist, dass sie eine relativ große Anzahl von Teilen über Drehgelenke oder über elastische Elemente miteinander verbinden. Dadurch entstehen viele Möglichkeiten für einen erhöhten Verschleiß. Ein noch schwerwiegenderer Nachteil ist, dass mit zunehmendem radialem Versatz der Gelenkwelle die Umfangsgeschwindigkeit der Walze innerhalb einer Umdrehung immer mehr schwankt, wodurch bei einer direkt angetriebenen Walze und einer über Gelenkwellen angetriebenen Walze die Umfangsgeschwindigkeiten beider Walze zunehmend etwas voneinander abweichen und folglich wenigstens eine der beiden Walzen auf dem zu fördernden Streifen gleitet statt auf ihm abzurollen. Dadurch wird der Verschleiß erhöht und die Genauigkeit der Vorschubbewegung reduziert, was sich je nach der folgenden Bearbeitungsmaschine mehr oder minder nachteilig auf deren Arbeitsweise und deren Genauigkeit auswirkt.
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Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, für ein Walzenpaar mit zueinander verstellbarem Abstand eine mechanische Übertragung der Antriebsenergie zu entwickeln, die unabhängig vom Abstand der beiden Walzen einen gleichmäßigen Rundlauf beider Walzen ohne Schlupf ermöglicht und die mit einer relativ geringen Anzahl von bewegten Teilen auskommt.
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Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass die erste Walze um eine Achse verschwenkbar ist, die parallel zu den Walzen verläuft und wenigstens eine Drehübertragung aus wenigstens vier miteinander kämmenden Zahnrädern besteht, von denen je eines an den benachbarten Stirnseiten der beiden Walzen angeordnet ist und ein Zahnrad auf der Achse angeordnet ist.
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Das wesentliche Merkmal der Erfindung sind also wenigstens vier ineinander kämmende Zahnräder, welche das Drehmoment von der einen Walze auf die andere übertragen. Im Vergleich zu einer Gelenkwelle, die mit einem Seitenversatz betrieben wird, ist die Übertragung in jeder Winkelstellung der Räder absolut synchron. Ein weiterer, prinzipieller Vorteil ist, dass sich zwischen den vier, gegeneinander beweglichen mechanischen Elementen drei Übertragungsstrecken ergeben, die spielbehaftet sein können. Bei einer Gelenkwelle werden hingegen für die beiden Kardangelenke insgesamt vier Übertragungselemente nötig, zu dem als weiteres Übertragungselement die teleskopische Verbindung der beiden mittleren Abschnitte zu addieren ist, sodass insgesamt fünf Übertragungselemente nötig sind und damit eines mehr als bei der erfinderischen Lösung.
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Auf aktuellem Stand der Technik ist es bekannt, Zahnräder mit einer Teilungsgenauigkeit zu fertigen, die im Bereich von wenigen Hundertsteln Millimetern oder besser liegt, sodass in der Praxis tatsächlich das verfügbare Motordrehmoment recht gleichmäßig zwischen der oberen und der unteren Walze über die vier Übertragungszahnräder verteilt werden wird.
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Das wesentliche, erfinderische Kennzeichen der Erfindung ist die Idee, bei einer Änderung des Abstand zur anderen Walze eine der beiden Walzen nicht entlang einer Geraden zu bewegen, sondern auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt die Drehachse des benachbarten Zahnrades der Übertragung ist. Dank der kreisbogenförmigen Bewegung kämmt das Zahnrad auf der Welle in jeder Position perfekt mit dem benachbarten Zahnrad der Übertragungskette.
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Da in der Praxis der Unterschied zwischen dem kleinsten Abstand der beiden Walzen und dem größten Abstand relativ gering ist, wird auch der Verschwenkungswinkel der bewegten Walze relativ klein sein. Deshalb ist die durch das Verschwenken bewirkte Positionsänderung der Walze in der Richtung des zu bewegenden Streifens vernachlässigbar klein.
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Die Dimensionierung des Durchmessers der Zahnräder ist nach unten hin dadurch begrenzt, dass auch bei maximalen Abstand der beiden Walzen voneinander die vier Zahnräder den Abstand überbrücken müssen. Nach oben hin ist der Durchmesser durch die Durchmesser der beiden Walzen begrenzt. Wenn die beiden Walzen ganz nahe aneinander stehen und wenn sie beide den gleichen Durchmesser haben, dann dürfen sich die beiden Zahnräder auf den Stirnseiten der beiden Walzen nicht berühren. Wenn das eine Zahnrad größer als der Durchmesser einer Walze gewählt wird, so muss das Zahnrad auf der Stirnseite der anderen Walze entsprechend kleiner sein, wenn alle vier Zahnräder in der gleichen Ebene angeordnet werden sollen, was im Prinzip zu bevorzugen ist. Dabei ergibt sich als obere Grenze für den Durchmesser des großen Zahnrades, dass es nicht das kleine Zahnrad auf der benachbarten Walze überragen darf. Daraus folgt, dass der maximale Durchmesser eines Zahnrades kleiner ist als der 1,5-fache Durchmesser einer Walze.
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Wenn ein Zahnrad auf der Stirnseite einer Walze einen noch größeren Durchmesser haben soll, dann muss es in einer anderen Ebene angeordnet werden, als das Zahnrad auf der benachbarten Walze, sodass das große Zahnrad über das kleine Zahnrad sowie über die Aufhängung dieser Walze hinweg ragen kann. Eine solche Anordnung ist im Prinzip möglich, verursacht jedoch zusätzliche Kippmomente bei der Lagerung der Zahnräder.
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Ein weiteres, wesentliches Kriterium bei der Dimensionierung der Durchmesser der Zahnräder ist die Positionierung der Drehachse für das Zahnrad, welches zu der verstellbaren Walze benachbart ist. Es ist zu bevorzugen, dass die Drehachse dieses Nachbarzahnrades den gleichen Abstand zum Streifen hat, wie die Drehachse der Walze in ihrer typischen, mittleren Position. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass bei einer Verschwenkung der Walze zwecks Änderung des Abstandes zur anderen Walze die Positionsverschiebung in Richtung des durchlaufenden Streifens am kleinsten ist.
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Falls die ortsveränderbare Walze auf einer Wippe montiert ist, ist in dieser Ausführungsvariante die seitliche Strebe der Wippe zwischen der Drehachse der Walze und der Schwankachse der Wippe parallel zum Materialstreifen ausgerichtet.
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Eine solche Wippe ist die bevorzugte Ausführungsvariante für die Verschwenkbarkeit der ersten Walze. Ihr Vorteil ist, dass die dafür erforderlichen Schwenklager auf aktuellem Stand der Technik ein millionenfach bewährtes Bauelement sind, das entsprechend einfach zu verwirklichen ist.
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Als Alternative dazu ist es jedoch auch denkbar, auf die Wippe zu verzichten und stattdessen die Walze auf ihren beiden Stirnseiten auf je einem Lagerbock zu lagern, der in je einer kreisbogensegmentförmigen Kulisse verschiebbar ist. Der Kreisbogenmittelpunkt dieser Kulisse muss dann auf der Achse des ersten, zu der Walze benachbarten Zahnrades liegen.
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Für die beiden Lagerböcke ist je eine Andruckvorrichtung erforderliche, wobei beide Andruckvorrichtungen synchron zueinander arbeiten müssen, damit auf beiden Seiten der Walze der gleiche Anpressdruck herrscht. Bei einer Verschwenkung der Walze über eine Wippe kann hingegen eine einzige Andruckvorrichtung ausreichen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Walzenvorschubgerät ist es dank der in jeder Winkelstellung gleichmäßigen Übertragung des Drehmomentes auf die andere Walze möglich, eine Walze durch eine direkte Abtriebswelle mit dem Antrieb zu verbinden.
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Nach bisherigem Stand der Technik sollte das im ersten Anschein auch bei der Verwendung einer Gelenkwelle eigentlich möglich sein, muss bei genauerem Bewerten der durch die beiden Kardangelenke verursachten Ungleichmäßigkeiten in der Übertragung der Drehmomente jedoch vermieden werden. Deshalb ist es beim bisherigen Stand der Technik üblich, zwei parallele Gelenkwellen einzusetzen, damit sich die durch die Gelenkwelle jeweils verursachten Ungleichmäßigkeiten zumindest zwischen den beiden Walzen kompensieren, sodass kein Schlupf zwischen den Walzen auftritt.
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Diese Betrachtung zeigt, dass beim bisherigen Stand der Technik die Anzahl der im Antriebsstrang gegeneinander beweglichen Teile nicht nur fünf beträgt sondern mit zehn doppelt so hoch ist, da ja tatsächlich zwei statt nur einer Gelenkwelle erforderlich sind. Damit ist das Auftreten von Spiel in der Drehmomentenübertragung noch wahrscheinlicher und der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung noch größer.
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Wie zuvor erläutert, ist es bei einem erfindungsgemäßen Walzenvorschub möglich, den Antrieb durch eine Abtriebswelle direkt mit einer der beiden Walzen zu verbinden. Alternativ kann diese Abtriebswelle jedoch auch zu einem der beiden frei angeordneten Zahnräder führen. Das kann bei der Integration des erfindungsgemäßen Walzenvorschubgerätes in andere Maschinen unter Umständen ein Vorteil sein, z. B. dann, wenn ein solches Walzenpaar Teil einer Vorschubrichtmaschine ist, in welcher der eingezogene Materialstreifen nicht nur gefördert, sondern auch gerichtet, also verformt wird.
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Für die Verbindung zwischen den beiden Walzen sind vier Zahnräder ausreichend. Wenn z. B. der Durchmesser der Zahnräder möglichst klein gehalten werden soll, ist auch eine größere Anzahl von Zahnrädern möglich. Ihre Anzahl ist jedoch stets eine gerade Zahl, damit die beiden Walzen den erforderlichen gegenläufigen Drehsinn behalten.
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Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 Schrägbild eines Walzenvorschubes mit vier Zahnrädern zur Verbindung der Walzen
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Die 1 zeigt im Schrägbild ein erfindungsgemäßes Walzenvorschubgerät, hier mit vier Zahnrädern 5 zur Verbindung der ersten, verschwenkbaren Walze 1 als Oberwalze und der zweiten, ortsfesten Walze 2 als Unterwalze, zwischen denen ein Materialstreifen 3 durchläuft. Der ortsfeste Antrieb 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine Abtriebswelle 41 mit der ebenfalls ortsfest angeordneten zweiten Walze 2 verbunden. An deren Stirnseite 21 ist ein erstes Zahnrad 5 angeordnet, das mit zwei weiteren, ebenfalls ortsfesten Zahnrädern 5 kämmt.
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Auf der Drehachse des obersten, ortsfesten Zahnrades 5 ist auch die Schwenkachse 61 der Wippe 6 angeordnet, welche die Drehlagerung der beweglichen ersten Walze 1 trägt. In 1 wird schnell nachvollziehbar, dass durch Verstellen der Andruckvorrichtung 7 die Wippe 6 um die Schwenkachse 61 verschwenkt wird und dabei der Abstand des Zahnrades 5 auf der Stirnseite 11 der ersten Walze 1 zum benachbarten Zahnrad 5 stets gleich bleibt, sich jedoch der Abstand zwischen der ersten Walze 1 und der zweiten Walze 2 verändert.
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Wenn bei der Anordnung gemäß 1 die beiden Walzen 1, 2 an dem Materialstreifen 3 anliegen, verläuft die Wippe 6 in etwa parallel zum Materialstreifen 3. In 1 ist gut nachvollziehbar, dass bei dieser Ausrichtung der Wippe 6 eine kleine Verschwenkung nur eine praktisch vernachlässigbare Verschiebung der Position der ersten Walze 1 in Richtung des Materialsstreifen 3 zur Folge hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Walze, berührt Materialstreifen 3 von oben
- 11
- Stirnseite der ersten Walze 1
- 2
- zweite Walze, berührt Materialstreifen 3 von unten
- 21
- Stirnseite der zweiten Walze 2
- 3
- Materialstreifen, läuft zwischen der ersten Walze 1 und der zweiten Walze 2 durch
- 4
- Antrieb, mechanisch mit beiden Walzen 1, 2 verbunden
- 41
- Abtriebswelle, verbindet Antrieb 4 mit der zweiten Walze 2
- 5
- Zahnräder, verbinden die beiden Walzen 1, 2 miteinander und mit dem Antrieb 4
- 6
- Wippe, trägt die erste Walze 1
- 61
- Schwenkachse, der Wippe 6
- 7
- Andruckvorrichtung, verschwenkt die Wippe 6 um die Schwenkachse 61
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4139160 [0008]
- DD 203035 [0009]
