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Die Erfindung betrifft einen Verdrehantrieb für eine Tragarmspindel Verdrehantrieb für eine Tragarmspindel eines Rollenwechslers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim Rollenwechsel in Rollenwechslern mit verschwenkbaren Tragarmen wird die neue Materialrolle zunächst in eine Klebeposition verschwenkt. Die Rollentragarme sind meist an einem so genannten Rollenständer angeordnet, in dessen Zentrum eine Tragarmspindel gelagert ist, wobei durch deren Drehung alle Tragarme gleichzeitig verschwenkt werden. Ein Verschwenken des Rollenständers ist zum Beispiel zum Einspannen einer neuen Materialrolle oder beim Rollenwechsel erforderlich. Beim Rollenwechsel muss eine neue Materialrolle zunächst in eine Klebeposition verschwenkt werden, anschließend erfolgt ein weiteres Verschwenken zur Entnahme der Leerhülse, Aufnahme einer neuen Materialrolle und ein nochmaliges Verschwenken in die Abrollposition. Der Antrieb der Tragarmspindel zum Verschwenken der Rollentragarme erfolgt gewöhnlich über ein Stirnzahnrad (Großrad), das am Ende der Tragarmspindel angeordnet ist, und von einem Antriebsritzel motorgetrieben in Drehung versetzt wird.
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Bei sehr schweren Materialrollen, die etwa ein Gewicht von vier bis sechs Tonnen haben, kommt es zu großen Problemen, die erforderlichen Kräfte auf die Tragarmspindel zu übertragen. Da an den Auflagerstellen der Tragarmspindel ein größerer Biegewinkel, als bei leichteren Rollen auftritt, kommt es zu Verkippungen des Zahnrades, welches die Tragarmspindel antreibt. Dadurch kommt es am Zahnrad zu einseitigen Flankenbelastungen (Kantenträger), was den Verschleiß enorm erhöht.
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Aus der
DE 10 2005 031 956 A1 ist ein Verdrehantrieb bekannt, bei dem der Antrieb des Großrades ein Ritzel umfasst, welches auf einer motorgetriebenen Abtriebswelle angeordnet ist. Zwei zahngleiche Zwischenräder greifen an verschiedenen Umfangspositionen am Ritzel ein, werden von diesem im selben Drehrichtungssinn angetrieben und greifen weiterhin antreibend in das Großrad ein.
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Aus der
WO 01/72516 A2 ist eine Walze mit axialem Hub bekannt, bei der zur Erzeugung des axialen Hubes innerhalb der Walze ein Hubgetriebe angeordnet ist, welches ein exzentrisch gelagertes Zahnrad mit einer Außenverzahnung und mit mehreren Stehbolzen auf einem Teilkreis umfasst, welches in Eingriff mit einer Innenverzahnung im Inneren der angetriebenen Walze in Eingriff steht. Dieser Teil bildet einen ersten Kupplungsteil. Die Stehbolzen greifen formschlüssig in Bohrungen eines zweiten Kupplungsteils ein.
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Die
DE 39 35 422 A1 beschreibt ein Kreisbogengetriebe mit einer Drehübersetzung von 1:1. Die besondere Gestaltung der Innen- und Außenverzahnung als konkave und konvexe Flächen mit bestimmter Geometrie verbessern die Schmierung und die Laufruhe des Getriebes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für einen Rollenwechsler zu schaffen, die eine große Übersetzung bei kleinem erforderlichem Bauraum bietet. Die Vorrichtung soll gleichzeitig besonders einfach und kostengünstig herstellbar und möglichst spielarm sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Verdrehantrieb eines Rollenständers wesentlich preiswerter und platzsparender als bisher ausgeführt werden kann.
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Ein Verdrehantrieb für einen Rollenträger umfasst ein Excentergetriebe, vorzugsweise ein so genanntes Trochoidgetriebe, bei welchem ein exzentrisch angetriebenes Antriebsrad mit einer Außenverzahnung an einer Abtriebszahnrad mit einer gestellfesten Innenverzahnung mit größerer Zähnezahl abrollt. Eine mit der Tragarmspindel fest verbundene Abtriebswelle, welche vorzugsweise als Abtriebsscheibe ausgeführt oder mit einer solchen verbunden ist, greift mit Mitnehmerstiften in konzentrisch auf dem Antriebszahnrad vorgesehene Mitnehmerbohrungen ein und wird durch die relative Drehung der Mitnehmerbohrungen angetrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Rollenwechslers mit einem Verdrehantrieb in einer Vorderansicht;
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2 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verdrehantriebes;
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3 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verdrehantriebes;
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4 eine Längsschnittdarstellung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verdrehantriebes.
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In 1 ist ein Rollenwechsler 01 mit einem Verdrehantrieb für eine Tragarmspindel 02 schematisch dargestellt. Die Tragarmspindel 02 ist in einem Gestell 03 drehbar um eine Schwenkachse 04 gelagert. An der Tragarmspindel 02 sind Rollentragarme 06; 07 gelagert, die mindestens zwei Rollenträger bilden. Die ersten Rollentragarme 06 bilden einen ersten Rollenträger, welcher eine erste Materialrolle 08, drehbar um eine erste Drehachse 09, aufnimmt. Ein zweiter Rollenträger wird von den zweiten Rollentragarmen 07 gebildet. Dieser nimmt wiederum eine zweite Materialrolle 11 auf, welche drehbar um eine zweite Drehachse 12, gelagert ist.
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Der Verdrehantrieb umfasst einen Antriebsmotor 13, der vorzugsweise mit einer Bremse 14 ausgestattet ist. Auf einer Antriebswelle 16 ist ein Antriebszahnrad 17 drehbar und exzentrisch zur Schwenkachse 04 gelagert. Vorzugsweise ist dazu die Antriebswelle 16 als Exzenterwelle 16 ausgeführt.
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Das Antriebszahnrad 17 weist eine Außenverzahnung 18 mit einer Zähnezahl z1 auf, die in eine gestellfeste Innenverzahnung 19 mit einer Zähnezahl z2 abschnittsweise eingreift und an ihr abrollt. Die Zähnezahlen z1 und z2 sollen möglichst groß und/oder die Zähnezahldifferenz z2 – z1 soll klein gewählt werden, dabei ist z2 > z1 zu wählen. Dadurch kann eine relativ große Übersetzung kostengünstig und spielarm erreicht werden. Die Übersetzung wird umso größer, je kleiner die Zähnezahldifferenz zwischen der Innenverzahnung 19 und der Außenverzahnung 18 ist. Die Übersetzung i des Verdrehgetriebes ist folgendermaßen bestimmt: i = z1/(z1 – z2). Die Abtriebsrichtung ist zur Antriebsrichtung entgegengesetzt.
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Die Außenverzahnung 18 und Innenverzahnung 19 weisen einen Überdeckungsgrad größer als 1,8 auf.
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Um Eingriffsstörungen zu vermeiden, soll die Zähnezahldifferenz (z2 – z1) nicht wesentlich kleiner als 10 sein.
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Bei Drehung der Antriebswelle 16 wälzt das Antriebszahnrad 17 an der Außenverzahnung 18 ab und vollzieht dabei eine verlangsamte rückläufige Drehbewegung.
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Das Antriebszahnrad 17 weist weiterhin mehrere, auf einem konzentrischen Teilkreis gleichmäßig verteilte Mitnehmeröffnungen 21 auf, in welche Mitnehmerstifte 22 eingreifen, die auf einer Abtriebsscheibe 23 konzentrisch und auf einem Teilkreis gleichverteilt angeordnet sind. Die Abtriebsscheibe 23 ist drehfest mit der Tragarmspindel 02 und konzentrisch zur Schwenkachse 04 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind acht Mitnehmeröffnungen 21 und acht Mitnehmerstifte 22 vorgesehen.
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Die Drehbewegung des Antriebszahnrades 17 relativ zum Gestell 03 wird über die Mitnehmerstifte 22 auf die Abtriebsscheibe 23 und damit auf die Tragarmspindel 02 übertragen.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 1 für eine erste bevorzugte (vereinfachte) Ausführungsform der Erfindung. In 2 ist der Übertragungsmechanismus der Drehbewegung vom exzentrisch drehenden Antriebszahnrad 17 auf die Mitnehmerstifte 22 erkennbar, welche jeweils in eine der Mitnehmeröffnungen 21 im Antriebszahnrad 17 eingreifen. 2 ist zur besseren Darstellung um 180° gedreht dargestellt.
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Das Zentrum 24 des Antriebszahnrades 17 ist um den Betrag e der Exzentrizität von der Schwenkachse 04 entfernt. Die Mitnehmeröffnungen 21 sind um das Zentrum 24 herum in einem Teilkreis mit dem Durchmesser dK angeordnet, ebenso, wie die Außenverzahnung 18.
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Die Mitnehmerstifte 22 sind auf einem Teilkreis mit dem Durchmesser dK um die Schwenkachse 04 herum angeordnet, die ebenso das Zentrum der Innenverzahnung 19 bildet. Sie haben einen Durchmesser dS.
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Die Mitnehmeröffnungen 21 haben eine Durchmesser dO, der sich aus der Summe des Durchmessers dS der Mitnehmerstifte 22 und der doppelten Exzentrizität e ergibt, d. h. dO = (dS + 2·e)
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Das Bauteil bzw. Modul für die beiden Verzahnungen z1 und z2 kann entsprechend klein gehalten werden, das sich der Überdeckungsgrad bei Außen- und Innenverzahnung 18; 19 mit kleiner Zähnezahldifferenz äußerst günstig darstellt: Er nähert sich stark dem Wert 2. Das bedeutet, dass praktisch immer zwei Zähnepaare im Eingriff stehen. diese Tatsache beeinflusst damit auch die Kosten und die Baugröße des Verdrehantriebes günstig.
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In der dargestellten vereinfachten ersten Ausführungsform der Erfindung ist die halbe Anzahl der Mitnehmerstifte 22 an der Drehmomentübertragung auf die Schwenkachse 04 beteiligt. Die Übertragung geschieht in diesem Fall durch Hertz'sche Pressung an den Berührstellen zwischen den Mitnehmerstiften 22 und der Mitnehmeröffnung 21 (siehe vergrößerte Detailabbildung B). In der dargestellten Stellung des Antriebszahnrades 17 sind es gerade nur drei der acht Mitnehmerstifte 22, die an der Kraftübertragung beteiligt sind, dafür mit jeweils größeren Teilkräften F1; F2. Wird das Antriebzahnrad 17 ein kleines Stück weiter in Drehrichtung 26 abgewälzt, so ist auch der obere der Mitnehmerstifte 22 an der Kraftübertragung beteiligt.
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Eine besonders bevorzugte zweite Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhafterweise für sehr schwere Materialrollen geeignet, weil alle der Mitnehmerstifte 22 an der Kraftübertragung beteiligt sind. Diese Ausführungsform ist in 3 dargestellt.
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Die Wirkungsweise ist prinzipiell die gleiche, wie in 2 bereits erläutert. Gleiche Bauteile tragen daher gleiche Bezugsziffern. Im Unterschied zu der bereits erläuterten Ausführungsform sind bei der dargestellten Variante die Mitnehmerstifte 22 drehbar in Exzenterbuchsen 27 geführt, welche wiederum drehbar in den Mitnehmeröffnungen 21 gelagert sind. Der Durchmesser dE der Exzenterbuchsen 27 muss größer dimensioniert werden, als die Summe des Durchmesser dS des Mitnehmerstiftes 22 und der doppelten Exzentrizität e, d. h. dE > (dS + 2e) damit die Kraftübertragung gleichmäßig auf alle Mitnehmeröffnungen 21 verteilt wird.
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Die Lagerstellen 28 der Exzenterbuchsen 27 können beispielsweise als Gleitlager oder Wälzlager (vorzugsweise Nadellager) ausgeführt sein.
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Bei der Ausführung als Gleitlager wird auf Grund des höheren Reibwertes unter Umständen sogar Selbsthemmung im Getriebe erzielt, was der Anwendung im Verdrehantrieb sehr entgegenkommt, weil dadurch die Bremse 14 im Antriebsmotor 13 kleiner dimensioniert werden kann. Außerdem ist die Bewegungshäufigkeit des Getriebes relativ gering, so dass eine Gleitlagerung auch deshalb in Betracht kommt, weil wenig Wärme- und Reibungsverluste auftreten.
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Bei der dargestellten Ausführungsform werden hoch belastete Stellen in den Bauteilen (Hertz'sche Pressung zwischen Mitnehmeröffnung 21 und Mitnehmerstift 22) vermieden, weil die Kräfte flächig jeweils zwischen Mitnehmerstift 22, Exzenterbuchse 27 und Mitnehmeröffnung 21 übertragen werden.
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4 zeigt eine Längsschnittdarstellung der zuvor beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Verdrehantriebes.
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Die Funktionsweise entspricht der zuvor beschriebenen, deshalb wird auf weitergehende Ausführungen an dieser Stelle verzichtet. Gleiche Bezugsziffern bedeuten auch hier wieder gleiche Bauteile.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Rollenwechsler
- 02
- Tragarmspindel
- 03
- Gestell
- 04
- Schwenkachse
- 05
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- 06
- Rollentragarme, erster
- 07
- Rollentragarme, zweiter
- 08
- Materialrolle, erste
- 09
- Drehachse, erste
- 10
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- 11
- Materialrolle, zweite
- 12
- Drehachse, zweite
- 13
- Antriebsmotor
- 14
- Bremse
- 15
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- 16
- Antriebswelle, Exzenterwelle
- 17
- Antriebszahnrad
- 18
- Außenverzahnung
- 19
- Innenverzahnung
- 20
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- 21
- Mitnehmeröffnung
- 22
- Mitnehmerstift
- 23
- Abtriebsscheibe
- 24
- Zentrum
- 25
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- 26
- Drehrichtung
- 27
- Exzenterbuchse
- 28
- Lagerstelle
- e
- Betrag, Exzentrizität
- F1
- Teilkraft
- F2
- Teilkraft
- dK
- Durchmesser
- dS
- Durchmesser (22)
- dO
- Durchmesser (21)
- dE
- Durchmesser (27)
