DE102017214897A1

DE102017214897A1 - Anstellbares Walzgerüst für das Walzen von stabförmigem Walzgut mit einer asymmetrischen Verzahnung zwischen den Exzenterbuchsen sowie Exzenterbuchse mit asymmetrischer Verzahnung

Info

Publication number: DE102017214897A1
Application number: DE102017214897.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dedeken
Original assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-26
Also published as: DE102017214897B4; CN109604345A; KR102141019B1; CN109604345B; KR20190022401A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Walzgerüst 1 zum Walzen von Rohren, Stäben, oder Drähten mit mindestens drei, eine Walzachse sternförmig umgebenden Walzen 3, von denen jede einen gesonderten Eintrieb besitzt und die mittels einer Walzenwelle sowie beiderseits der Walze angeordneter Wälzlager drehbar und radial verstellbar in einem Gerüstgehäuse gelagert sind, wobei sich die Wälzlager innerhalb von Exzenterbuchsen 14, 15 befinden, die drehbar in Lagerbohrungen des Gerüstgehäuses angeordnet sind und deren Drehpositionen sich mittels einer Verstelleinrichtung stufenlos verändern sowie festhalten lassen,wobei eine Verzahnung 16 der Exzenterbuchsen 14, 15 zumindest teilweise asymmetrisch ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Walzgerüst für Walzstraßen zum Walzen von metallischen Stäben, Drähten oder Rohren mit mindestens drei, eine Walzachse sternförmig umgebenden Walzen, von denen jede einen gesonderten Eintrieb besitzt und die mittels je einer Walzenwelle sowie beiderseits der Walze angeordneter Lager drehbar und radial verstellbar in einem Gerüstgehäuse gelagert sind sowie eine Exzenterbuchse mit asymmetrischer Verzahnung für den Einsatz in einem gattungsgemäßen Walzgerüst.
Stand der Technik
Ein solches Walzgerüst ist bereits durch die DE 100 15 340 C2 bekannt. Wie in 1 gezeigt, ist dort ein Walzgerüst 1 beschrieben, bei dem die Lager der Walzenwellen 7 aus Wälzlagern bestehen und diese sich innerhalb von Exzenterbuchsen 14, 15 befinden, wobei die Exzenterbuchsen 14, 15 drehbar in Lagerbohrungen eines Gerüstgehäuses 2 angeordnet sind. Mittels einer Verstelleinrichtung 17 kann die Drehposition der Exzenterbuchsen 14, 15 stufenlos verändert und in einer gewünschten Lage festgehalten werden.
Bei dieser bekannten Bauform der Walzgerüste 1 verbleiben die Walzkräfte innerhalb des Walzgerüstes 1. Bei Betätigung der Verstelleinrichtung 17 werden die Exzenterbuchsen 14, 15 verdreht, was zu einer Verstellung des Walzspaltes 4, auch Kaliber genannt, führt. Diese Korrekturen des Kalibers werden dann erforderlich, wenn das gewalzte Gut nicht innerhalb der gewünschten Toleranz und Genauigkeit gewalzt wird.
Dieses Konstruktionsprinzip von Walzgerüsten 1 hat sich in der Vergangenheit bewährt und ist auch auf Walzgerüste mit vier oder mehr Walzen übertragbar.
Die Nachteile dieses sehr kompakt bauenden Konstruktionsprinzips von Walzgerüsten 1 liegen in der eingeschränkten Verstellbarkeit der Walzen 3. Da die Walzen 3 einem erheblichen Verschleiß während des Walzprozesses unterliegen, werden diese in regelmäßigen Abständen nachgearbeitet. Dabei verringert sich naturgemäß der Durchmesser der Walzen 3. Damit die nachgearbeiteten Walzen 3 wieder in dem beschriebenen Walzgerüst 1 genutzt werden können, ermöglicht die Verstellung der Exzenterbuchsen 14,15 den Einbau von Walzen 3 unterschiedlicher Durchmesser. So sind die Walzen 3 von einem maximalen bis zu einem minimalen Durchmesser einsetzbar. Daraus ergibt sich wiederum die Anzahl der maximal möglichen Nacharbeiten der Walzen 3 und deren damit verbundenen Nutzungsdauer. Je häufiger die Walzen nachbearbeitbar sind, umso wirtschaftlicher lässt sich der Walzprozess gestalten. Damit ist die Wirtschaftlichkeit der Walzstraße direkt von dem Verstellweg der Exzenterbuchsen 14,15 abhängig. Je größer dieser ist, umso wirtschaftlicher lässt sich der Walzprozess gestalten.
Der Verstellweg bzw. Verstellbereich der Walzen 3 ist zum einen vom Schwenkwinkel und zum anderen von der Exzentrizität der Exzenterbuchsen 14, 15 abhängig. Da der Schwenkwinkel geometrisch begrenzt ist, muss die Exzentrizität vergrößert werden, wenn der Nutzungsbereich der Walzen 3 und damit die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen nutzbaren Walzendurchmesser vergrößert werden soll.
Mit größer werdender Exzentrizität steigen allerdings auch die durch die Walzkraft verursachten Drehmomente, die auf die Exzenterbuchsen 14,15 wirken. Somit steigen auch zum einen die Verzahnungskräfte an den Zahnsegmenten 16 der Exzenterbuchsen 14, 15 und zum anderen die erforderlichen Haltekräfte, die von der Fernanstellung 18 aufgebracht werden müssen.
Da der verfügbare Bauraum insbesondere im Bereich der Zahnsegmente 16 für die Verzahnung der Exzenterbuchsen 14, 15 sehr eingeschränkt ist und somit auch das übertragbare Drehmoment an der Exzenterverzahnung, lässt sich die Exzentrizität bei diesem Bauprinzip nicht beliebig steigern. Würde die Verzahnung der Zahnsegmente 16 vergrößert werden, ging dies wiederum zu Lasten der Walzenlagerung 13, die dann kleiner gestaltet werden müsste. Dies schränkt jedoch wieder die erreichbaren Walzkräfte bei diesem Konstruktionsprinzip ein. So ist es erforderlich einen Kompromiss zwischen möglichst großen Wälzlagern 13 und dem notwendigen Bauraum für die Exzenterverzahnung 16 zu finden.
So ist der Nutzungsbereich der Walzen 3 direkt von den übertragbaren Drehmomenten an der Exzenterverzahnung 16 abhängig.
Gegenstand der Erfindung
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein eingangs genanntes Walzgerüst für Walzstraßen zum Walzen von metallischen Rohren, Stäben oder Drähten zu schaffen, dem der Nachteil eines eingeschränkten Verstellwegs bzw. Verstellbereichs nicht anhaftet und damit der Nutzungsbereich der Walzen vergrößert werden kann, ohne die Exzenterverzahnung über deren zulässige Spannungsfestigkeit zu beanspruchen sowie den notwendigen Bauraum für die Exzenterverzahnung zu vergrößern.
Des Weiteren soll eine Exzenterbuchse für den Einsatz in Walzgerüsten der vorher beschriebenen Gattung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, die Übertragbarkeit von Drehmomenten an einer Exzenterverzahnung der Exzenterbuchse zu steigern, ohne den notwendigen Bauraum zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein eine Exzenterbuchse nach Anspruch 1 sowie ein Walzgerüst nach Anspruch 10. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben, wobei der Gegenstand der die Exzenterbuchse betreffenden abhängigen Ansprüche im Rahmen des Walzgerüsts zum Einsatz kommen kann, und umgekehrt.
Hierbei ist einer der Kerngedanken der vorliegenden Erfindung, eine Exzenterbuchse für die Einstellung des Walzspaltes bzw. des Kalibers eines Walzgerüsts bereitzustellen, die in der Lage ist, in einer Richtung, insbesondere in einer Richtung, in der seitens der Verzahnung Walzkräfte des Walzgerüsts aufgenommen werden müssen, hohe Kräfte bzw. Momente aufzunehmen, und in der entgegengesetzten Richtung, d.h. in einer Richtung, in der lediglich Stellkräfte auf die Verzahnung wirken, reduzierte Kräfte bzw. Momente aufzunehmen.
Mittels der vorgeschlagenen Exzenterbuchse sowie des bereitgestellten Walzgerüsts ist es auf einfache und effiziente Weise möglich, ohne Vergrößerung des notwendigen Bauraums für eine Verzahnung der Exzenterbuchse, die durch die Exzenterbuchse übertragbaren Kräfte sowie Momente zu erhöhen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, mittels der bereitgestellten Exzenterbuchse den Verstellweg bzw. Verstellbereich der Exzenterbuchse und damit des Walzgerüstes, insbesondere der Walzen, zu vergrößern, womit der Nutzungsbereich der Walzen (Anzahl der möglichen Nachbearbeitung der Walzen),beispielsweise um 50%, erhöht werden kann und somit die Wirtschaftlichkeit des Walzprozesses verbessert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Exzenterbuchse für Walzgerüste von Walzstraßen zum Walzen von metallischen Rohren, Stäben oder Drähten, insbesondere zur exzentrischen Lagerung von Walzen in einem Gerüstgehäuse eines Walzgerüsts, auf: mindestens einen Aufnahmebereich, mit dem die Exzenterbuchse in einem Gerüstgehäuse aufnehmbar ist, ein Zahnsegment, das dazu eingerichtet ist, im eingebauten Zustand der Exzenterbuchse mit einem Zahnsegment einer benachbarten Exzenterbuchse in Eingriff zu gelangen, und mindestens eine Lagerbohrung, die dazu eingerichtet ist ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, für die Lagerung einer Walzenwelle aufzunehmen, wobei eine Verzahnung des Zahnsegments zumindest teilweise asymmetrisch ausgebildet ist.
Wie oben bereits beschrieben, ist es aufgrund der asymmetrischen Ausbildung der Verzahnung des Zahnsegments der Exzenterbuchse bzw. Exzenterbuchsen möglich, in einer Richtung, insbesondere in einer Richtung, in der seitens der Verzahnung Walzkräfte des Walzgerüsts aufgenommen werden müssen, hohe Kräfte bzw. Momente aufzunehmen, und in der entgegengesetzten Richtung, d.h. in einer Richtung, in der lediglich Stellkräfte auf die Verzahnung wirken, reduzierte Kräfte bzw. Momente aufzunehmen.
Hierbei ist unter „hohen bzw. höheren Kräften bzw. Momenten“ zu verstehen, dass im Vergleich zu einer symmetrisch ausgebildeten Verzahnung, bei der beide Zahnflanken symmetrisch ausgebildet sind, bei der asymmetrischen Verzahnung, bei der die beiden Zahnflanken nicht symmetrisch ausgebildet sind, insbesondere eine der Flanken nicht vollständig ausgebildet ist, anhand der vollständig ausgebildeten Zahnflanke größere Kräfte bzw. Momente übertragen werden können als bei der symmetrischen Verzahnung.
Andererseits ist hier unter „reduzierten Kräften bzw. Momenten“ zu verstehen, dass anhand der nicht vollständig ausgebildeten Zahnflanke geringere Kräfte bzw. Momente übertragen werden können als bei der symmetrischen Verzahnung.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass das Zahnsegment konisch ausgebildet ist, wobei die Verzahnung als eine Kegelradverzahnung, insbesondere als Geradverzahnung oder Schrägverzahnung oder Bogenverzahnung (Spiral- oder Hypoidverzahnung), ausgebildet ist.
Durch die konische Ausbildung des Zahnsegments bzw. der kegelradförmigen Ausbildung der Verzahnung ist es möglich, die Exzenterbuchsen entsprechend der Anzahl von in dem Walzgerüst verwendeten Exzenterbuchsen in einem Winkel, beispielsweise in einem Winkel von 120° oder 90°, zueinander anzuordnen und die Zahnsegmente bzw. kegelradförmigen Verzahnungen miteinander in Eingriff zu bringen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass ein Zahnfußradius der zumindest teilweise asymmetrischen Verzahnung über den Zahnfuß, d.h. über die Breite der Verzahnung, konstant ist.
Da die durch die Verzahnung übertragbaren Kräfte bzw. Momente maßgeblich von der Zahnfußspannung und somit von dem Zahnfußradius der Verzahnung abhängig sind, ist es bei der konischen bzw. kegelradförmigen Ausbildung des Zahnsegments vorteilhaft, die Verzahnung derart zu gestalten, dass der Zahnfußradius über die Breite der Verzahnung, also von einem Außendurchmesser der Verzahnung bis hin zu einem Innendurchmesser der Verzahnung konstant bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, die Zahnfußspannung über die Breite der Verzahnung konstant zu halten. So sind die Zahnfußspannungen im Bereich des Innendurchmessers des konischen bzw. kegelradförmigen Zahnsegments deutlich geringer als bei einer herkömmlichen symmetrischen Verzahnung.
Es ist ferner bevorzugt, dass ein Mittelpunkt des Zahnfußradius unter einem Winkel zu einer Zahnmitte derart verläuft, dass eine der beiden Zahnflanken vollständig erhalten bleibt.
Dies führt dazu, dass am Außendurchmesser des konischen bzw. kegelradförmigen Zahnsegments die Verzahnung vollständig erhalten bleibt. Die Verzahnung ist damit am Außendurchmesser nahezu symmetrisch gestaltet und ermöglicht das nahezu spielfreie Einstellen der Exzenterverzahnung. Auch können im Bereich des Außendurchmessers Verzahnungskräfte in beide Drehrichtungen übertragen werden, das wiederum für das Einstellen der Exzenter auf einen neuen nachgearbeiteten Walzensatz erforderlich ist. Gleichzeitig wird dadurch der größtmögliche Zahnfußradius der konischen bzw. kegelradförmigen Verzahnung festgelegt.
Wie oben bereits geschildert, ist es vorteilhaft, dass der Zahnfußradius am Außendurchmesser in Richtung des Innendurchmessers konstant bleibt, was dazu führt, dass bei kleiner werdendem Umfang der Verzahnung Teile der Zahnflanken zunehmend ihre Evolventenform verlieren. Um jedoch zumindest in einer Lastrichtung die Zahnflanken erhalten bleiben zu lassen, wird der Mittelpunkt des Zahnfußradius unter einem bestimmten Winkel zur Zahnmitte angeordnet. Dieser Winkel wird so gewählt, dass eine Seite der Zahnflanken des Zahnsegments vollständig bis zum Innendurchmesser des Zahnsegments erhalten bleibt. Die gegenüberliegenden Zahnflanken werden jedoch aufgrund des konstant gehaltenen Zahnfußradius erheblich in ihrer Form verändert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die asymmetrische Verzahnung dazu eingerichtet ist, dass erste Zahnflanken des Zahnsegments, insbesondere die vollständig erhaltenen Zahnflanken, Wälzkräfte des Walzgerüsts aufnehmen können und dass zweite Zahnflanken, insbesondere die nur zumindest teilweise erhaltenen Zahnflanken, zum Einstellen und Verstellen der Exzenterbuchsen innerhalb des Walzgerüsts dienen können, wenn insbesondere keine Walzkräfte auf das Walzgerüst wirken.
Hiermit ist es möglich, die Exzenterbuchsen des Walzgerüsts so zu gestalten, dass die Zahnflanken der Exzenterbuchse, die Walzkräfte übertragen, zumindest annähernd vollständig erhalten bleiben, und die gegenüberliegenden Zahnflanken, die lediglich Stellkräfte übertragen, teilweise nicht vollständig erhalten bleiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt die asymmetrische Verzahnung des Zahnsegments erst ab einem bestimmten Abstand von einem Außendurchmesser der Verzahnung aus gesehen, während die Verzahnung des Zahnsegments bei geringerem als dem Abstand von dem Außendurchmesser symmetrisch ausgebildet ist. Beispielsweise kann dieser Abstand 30%, insbesondere 20%, der gesamten Breite der konischen bzw. kegelradförmigen Verzahnung aufweisen. Die nicht vollständig asymmetrische Ausbildung der Verzahnung kann insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig sein.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zumindest 30% der ursprünglichen Zahnflanke(n), bevorzugt zumindest 20% der ursprünglichen Zahnflanke(n), als Mittelwert über eine gesamte Breite der Verzahnung verbleibt, insbesondere der zweiten Zahnflanken.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die zweite Zahnflanke, insbesondere die nicht vollständig ausgebildete Zahnflanke, also die Zahnflanke, die beispielsweise nur zu 30% der ursprünglichen Zahnflanke verbleibt, die erste Zahnflanke, insbesondere die zumindest annähernd vollständig verbleibende Zahnflanke, nicht schwächt, d.h. die seitens der ersten Flanke aufnehmenden Kräfte bzw. Momente reduziert.
Hierbei bezieht sich der Begriff „ursprüngliche Zahnflanke“, auf eine Zahnflanke, die ausgebildet werden würde, wenn die Verzahnung symmetrisch ausgebildet ist, also keine asymmetrische Verzahnung wie im vorliegenden Fall vorliegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Exzenterbuchse ferner auf: einen weiteren Aufnahmebereich, mit dem die Exzenterbuchse in dem Gerüstgehäuse aufnehmbar ist, und eine weitere Lagerbohrung, die dazu eingerichtet ist, ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, für die Lagerung der Walzenwelle aufzunehmen, wobei die beiden Aufnahmebereiche sowie die beiden Lagerbohrungen bevorzugt an gegenüberliegenden Enden der Exzenterbuchse ausgebildet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, die Exzenterbuchse anhand von zwei Aufnahmebereichen in dem Gerüstgehäuse aufzunehmen, wodurch die einzelnen Aufnahmebereiche durch die in die Exzenterbuchsen eingeleiteten Walzkräfte weniger beansprucht werden. Ferner ist es anhand der beiden Lagerbohrungen möglich, zur Lagerung der Walzenwelle zwei Lager vorzusehen, wodurch wiederum die Lasten die auf das einzelne Lager bzw. auf die einzelne Lagerstelle wirken reduziert werden können und somit die Lebensdauer verbessert werden kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Zahnsegment an einer Außenfläche der Exzenterbuchse in Umfangsrichtung in einem Bereich von weniger als 180° ausgebildet ist, wobei bevorzugt das Zahnsegment im Bereich des Aufnahmebereichs ausgebildet ist, insbesondere in einem Bereich, der einem Kontaktbereich zwischen Aufnahmebereich der Exzenterbuchse und Aufnahmebereich des Gerüstgehäuses im montierten Zustand gegenüberliegend ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die Walzkräfte in einem Bereich in die Exzenterbuchse einzuleiten, in welchem die Exzenterbuchse in dem Walzgehäuse aufgenommen ist und somit mögliche Biegespannungen in der Exzenterbuchse auf ein Minimum zu reduzieren.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Walzgerüst für Walzstraßen zum Walzen von metallischen Rohren, Stäben oder Drähten, wobei gemäß einer Ausführungsform das Walzgerät mindestens drei, eine Walzachse sternförmig umgebenden Walzen aufweist, von denen jede einen gesonderten Eintrieb besitzt und die mittels einer Walzenwelle sowie beiderseits der Walze angeordneter Wälzlager drehbar und radial verstellbar in einem Gerüstgehäuse gelagert sind, wobei sich die Wälzlager innerhalb von Exzenterbuchsen befinden, die drehbar in Lagerbohrungen des Gerüstgehäuses angeordnet sind und deren Drehpositionen sich mittels einer Verstelleinrichtung stufenlos verändern sowie festhalten lassen, wobei eine Verzahnung der Exzenterbuchsen zumindest teilweise asymmetrisch ausgebildet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass es sich bei den eingesetzten Exzenterbuchsen um die oben beschriebenen Exzenterbuchsen handelt.
Anhand des bereitgestellten Walzgerüsts ist es auf einfache und effiziente Weise möglich, ohne Vergrößerung des notwendigen Bauraums für eine Verzahnung der Exzenterbuchse des Walzgerüsts, die durch die Exzenterbuchse übertragbaren Kräfte sowie Momente zu erhöhen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, mittels der bereitgestellten Exzenterbuchse den Verstellweg bzw. Verstellbereich der Exzenterbuchse und damit des Walzgerüstes, insbesondere der Walzen, zu vergrößern, womit der Nutzungsbereich der Walzen (Anzahl der möglichen Nachbearbeitung der Walzen) erhöht werden kann und somit die Wirtschaftlichkeit des Walzprozesses verbessert werden kann.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Walzgerüst gemäß dem Stand der Technik,
2 zeigt eine Schnittansicht durch die beiden Exzenterbuchsen 14 und 15, die über einen Verbindungsbügel 22 verbunden sind und drei Aufnahmebereiche aufweisen,
3 zeigt eine räumliche Ansicht einer konventionellen symmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse für Walzgerüste,
4 zeigt eine räumliche Ansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung eines Außendurchmessers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt eine räumliche Ansicht der in 4 dargestellten asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung des Innendurchmessers,
6 zeigt eine Schnittansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
7 zeigt eine räumliche Ansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung des Außendurchmessers einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen auszubilden.
1 zeigt schematisch ein Walzgerüst 1 gemäß dem Stand der Technik, wie oben bereits geschildert, weist ein gattungsgemäßes Walzgerüst 1 mindestens drei Walzen 3 auf, die sternförmig eine Walzachse umgeben, um ein zu walzendes Produkt, beispielsweise Stahlrohr, von drei Seiten aufzunehmen und unter Krafteinbringung zu walzen. Hierzu sind bevorzugt die Walzen 3 in einer Aufteilung von 120° um das zu walzende Produkt angeordnet. Jede der drei Walzen 3 ist eigenständig durch eine Walzenwelle 7 aufgenommen, welche wiederum in vorliegender Ausführungsform durch drei Wälzlager 13 in einem Gerüstgehäuse 2 des Walzgerüsts 1 gelagert sind, wobei sich die Wälzlager 13 innerhalb von Exzenterbuchsen 14, 15 befinden, die drehbar in Lagerbohrungen des Gerüstgehäuses 2 angeordnet sind und deren Drehpositionen sich mittels einer Verstelleinrichtung 17 stufenlos verändern sowie festhalten lassen.
In der hier gezeigten Ausführungsform stehen die Exzenterbuchsen 14, 15 in einem Winkel von 120° zueinander. Bei einem Walzengerüst 1 mit vier Walzen 3 würden die Exzenter unter einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sein.
Um die auf die Exzenterbuchsen wirkenden Drehmomente, die aus den Wälzkräften resultieren, an dieser Stelle übertragen zu können, sind die Exzenterbuchsen 14, 15 mit einer geraden, symmetrischen Kegelradverzahnung 16a, wie in 3 gezeigt, ausgestattet. Die an dieser Kegelradverzahnung 16a übertragenen Momente werden im Wesentlichen durch die zulässigen Zahnfußspannungen im Zahnfußgrund 204 in der Kegelradverzahnung 16a bestimmt. Die Zahnfußspannung ist wiederum von dem Zahnfußradius der Kegelradverzahnung 16a abhängig. Je größer dieser ist desto geringer fällt die Zahnfußspannung aus, womit das übertragbare Drehmoment sich vergrößert. Da sich bei einer Kegelradverzahnung 16a naturgemäß der Zahnfußradius von einem Außendurchmesser D_Außen des Kegelrads bzw. des konischen Zahnsegments zu einem Innendurchmesser D_Innen verringert, wie in 6 veranschaulicht, wird die maximale Zahnfußspannung am Innendurchmesser des Kegelrads bzw. des konischen Zahnsegments 16 erreicht. Um die durch die Kegelradverzahnung 16a übertragbaren Kräfte bzw. Momente zu steigern, ist es insbesondere notwendig, den Zahnfußradius am Innendurchmesser D_Innen des Kegelrads bzw. des konischen Zahnsegments 16 zu steigern.
Dies geschieht üblicherweise durch die Verwendung eines größeren Verzahnungsmoduls. Dies ist in diesem Fall aber nicht möglich, da ein größerer Verzahnungsmodul auch mit einer Vergrößerung der Verzahnung einhergeht und somit einen größeren Bauraum benötigen würde, der nicht zur Verfügung steht. Da jedoch die Walzkräfte immer nur in einer Richtung wirken, wird die Kegelradverzahnung 16a der Exzenterbuchsen 14, 15 immer nur in einer Richtung mit hohen Kräften belastet. In der entgegengesetzten Richtung wird die Kegelradverzahnung 16a der Exzenterbuchsen 14, 15 lediglich durch Stellkräfte beansprucht, die notwendig sind, um die Exzenterbuchsen 14, 15 in die gewünschten Drehpositionen in den Lagerbohrungen des Gerüstgehäuses 2 zu bringen.
Diese Gegebenheit wird von der erfindungsgemäßen Verzahnung, insbesondere der Kegelradverzahnung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ausgenutzt.
Um die übertragbaren Verzahnungskräfte bzw. das übertragbare Moment an den Exzenterbuchsen 14, 15 zu steigern, ohne die Verzahnung 16a zu vergrößern, wird wie in den 4 bis 7 veranschaulicht, erfindungsgemäß eine asymmetrische Verzahnung 16a ausgebildet, sodass es möglich wird, einen größeren Zahnfußradius, insbesondere am Innendurchmesser D_Innen des Kegelrades bzw. des konischen Zahnsegments 16 zu realisieren, während eine Zahngröße unverändert bleibt.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Exzenterbuchsen Paars 14 und 15 mit drei Aufnahmebereichen 14a und 15a und drei Lagerbohrungen 14b und 15b. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Aufnahmebereiche 14a sowie die beiden Lagerbohrungen 14b an den beiden Enden der Exzenterbuchse 14 ausgebildet. Ein weiterer Aufnahmebereich 15a sowie eine weitere Lagerbohrung 15b sind in der Exzenterbuchse 15 ausgebildet. Wie der 2 ferner entnommen werden kann, ist das Zahnsegment 16 bzw. die Verzahnung 16a sowohl an der Exzenterbuchse 14 wie auch an der Exzenterbuchse 15 ausgebildet, da die Exzenterbuchsen 14 und 15 benachbarter Walzenwellen an den Stellen 16 miteinander im Eingriff sind, um die Verstellkräfte (Momente) der Exzenterbuchsen aufzunehmen.
Die gezeigte Anordnung entspricht der Aufnahme einer Walzenwelle 7 (nicht dargestellt). Zur Lagerung der Walzenwelle 7 sind in den Lagerbohrungen 14b, 15b Wälzlager 13 angeordnet (nicht dargestellt). Die beiden Exzenterbuchsen 14 und 15 sind mit einem Verbindungsbügel 22 verbunden, damit die Verstell- und Haltemomente von der Exzenterbuchse 14 auf die Exzenterbuchse 15 übertragen werden können. Die beiden neben der Walze 3 (siehe 1) angeordneten Lager übernehmen die radialen Walzkräfte. Das dritte in der Exzenterbuchse 14 angeordnete Lager übernimmt die axialen Kräfte, die auf die Walze wirken. An den Zahnsegmenten 16 kämmen die Exzenterbuchsen 14 (von bspw. einer ersten Welle) mit der Exzenterbuchse 15 (von bspw. einer zweiten Welle), (bzw. 14 und 15 von der zweiten Welle und einer dritten Welle). So sind in dem in 1 dargestellten Walzgerüst 1 alle drei Exzenterbuchsen 14 und alle drei Exzenterbuchsen 15 entweder mittels dem Verbindungsbügel 22 oder den Zahnsegmenten 16 bzw. den Verzahnungen 16a miteinander verbunden, um die Anstellung der Walzen zu bewirken.
3 zeigt eine räumliche Ansicht einer konventionellen symmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse für Walzgerüste. Hierbei zeigt 301 den Zahnfußradius am Innendurchmesser D_Innen der Kegelradverzahnung und 302 den Zahnfußradius am Außendurchmesser D_Außen der Verzahnung. Weiterhin kann der 3 entnommen werden, dass die beiden Zahnflanken 303 symmetrisch zueinander sind. Ferner ist noch der Zahnfußgrund 304 dargestellt. Ebenfalls ist der 3 zu entnehmen, dass sich der Zahnfußradius vom Außendurchmesser D_Außen zum Innendurchmesser D_Innen bei der herkömmlichen, symmetrischen Verzahnung reduziert.
Des Weiteren zeigt 4 eine räumliche Ansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung eines Außendurchmessers D_Außen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu der in 3 dargestellten, herkömmlichen Verzahnung ist hier der Zahnfußradius 401 über die Breite der Verzahnung, also vom Außendurchmesser D_Außen bis zum Innendurchmesser D_Innen , konstant. Wie der 4 ferner entnommen werden kann, ist ein Mittelpunkt des Zahnfußradius 401 unter einem Winkel V zu einer Zahnmitte derart versetzt, dass eine der beiden Zahnflanken 402, 403 vollständig erhalten bleibt. Darunter ist zu verstehen, dass der Mittelpunkt des Zahnfußradius über die Breite der Verzahnung in Richtung einer Zahnflanke 403, insbesondere in Richtung einer zweiten Zahnflanke 403 wandert, wodurch die zweite Zahnflanke 403 nicht vollständig ausgebildet wird. Andererseits wird es dadurch ermöglicht, dass die andere Zahnflanke 402, insbesondere eine erste Zahnflanke 402, vollständig ausgebildet werden kann.
5 zeigt eine räumliche Ansicht der in 4 dargestellten asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung des Innendurchmessers D_Innen . Hier zeigt wiederrum 501 den über die Breite der Verzahnung konstanten Zahnfußradius. Ferner ist ersichtlich, dass die erste Zahnflanke 502 vollständig ausgebildet ist, wohingegen die zweite Zahnflanke 503 nur teilweise ausgebildet ist.
6 zeigt eine Schnittansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der 6 kann insbesondere die konische Form der Verzahnung entnommen werden, welche sich vom Außendurchmesser D_Außen auf den Innendurchmesser D_Innen verjüngt. Hierbei zeigt 601 den Zahnfußradius und 602 die Zahnflanke.
Des Weiteren zeigt 7 eine räumliche Ansicht einer asymmetrischen Verzahnung einer Exzenterbuchse aus der Richtung des Außendurchmessers D_Außen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 7 dargestellte asymmetrische Verzahnung entspricht im Grunde der in 4 dargestellten Verzahnung, lediglich mit dem Unterschied, dass die asymmetrische Verzahnung nicht über die vollständige Breite der Verzahnung ausgebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verzahnung ausgehend von dem Außendurchmesser D_Außen über einen bestimmten Abstand A symmetrisch ausgebildet und erst ab dem Abstand A asymmetrisch ausgebildet. Entsprechend sind entlang dem Abstand A die beiden Zahnflanken 703, 704 vollständig ausgebildet und erst ab dem Abstand A wird der Mittelpunkt des Zahnfußradius in Richtung der Zahnflanke 704, also in der 7 nach links, verschoben, wodurch die Zahnflanke 704 nur noch teilweise ausgebildet wird. Entsprechend nimmt der Zahnfußradius 702 vom Außendurchmesser D_Außen bis zum Abstand A ab und bleibt nachfolgend (Zahnfußradius 701) konstant. Wie der 7 ferner entnommen werden kann, ist die Zahnflanke 703 vollständig ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10015340 C2 [0002]

Claims

Exzenterbuchse (14, 15) für Walzgerüste (1) von Walzstraßen zum Walzen von metallischen Rohren, Stäben oder Drähten, insbesondere zur exzentrischen Lagerung von Walzen in einem Gerüstgehäuse (2) eines Walzgerüsts (1), wobei die Exzenterbuchse umfasst: mindestens einen Aufnahmebereich (14a, 15a), mit dem die Exzenterbuchse (14, 15) in einem Gerüstgehäuse (2) des Walzgerüsts (1) aufnehmbar ist, ein Zahnsegment (16), das dazu eingerichtet ist, im eingebauten Zustand der Exzenterbuchse (14, 15) mit einem Zahnsegment (16) einer benachbarten Exzenterbuchse (14, 15) in Eingriff zu gelangen, und mindestens eine Lagerbohrung (14b, 15b), die dazu eingerichtet ist, ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, für die Lagerung einer Walzenwelle (7) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzahnung (16a) des Zahnsegments (16) zumindest teilweise asymmetrisch ausgebildet ist.
Exzenterbuchse (14, 15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (16) konisch ausgebildet ist, wobei die Verzahnung (16a) als eine Kegelradverzahnung, insbesondere als Geradverzahnung oder Schrägverzahnung oder Bogenverzahnung, ausgebildet ist.
Exzenterbuchse (14, 15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnfußradius der zumindest teilweise asymmetrischen Verzahnung (16) über den Zahnfuß konstant ist.
Exzenterbuchse (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunkt des Zahnfußradius unter einem Winkel zu einer Zahnmitte derart verläuft, dass eine der beiden Zahnflanken vollständig erhalten bleibt.
Exzenterbuchse (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Verzahnung (16a) dazu eingerichtet ist, dass erste Zahnflanken des Zahnsegments (16), insbesondere die vollständig erhaltenen Zahnflanken, Wälzkräfte des Walzgerüsts (1) aufnehmen können und dass zweite Zahnflanken, insbesondere die nur zumindest teilweise erhaltenen Zahnflanken, zum Einstellen und Verstellen der Exzenterbuchsen (14, 15) innerhalb des Walzgerüsts (1) dienen können, wenn insbesondere keine Walzkräfte auf das Walzgerüst wirken.
Exzenterbuchse (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Verzahnung (16a) des Zahnsegments (16) erst ab einem bestimmten Abstand (A) von einem Außendurchmesser (D_Außen) der Verzahnung (16a) aus gesehen beginnt, während die Verzahnung des Zahnsegments (16) bei geringerem als dem Abstand (A) von dem Außendurchmesser (D_Außen) symmetrisch ausgebildet ist.
Exzenterbuchse (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 30% der ursprünglichen Zahnflanke, bevorzugt zumindest 20% der ursprünglichen Zahnflanke, als Mittelwert über eine gesamte Breite der Verzahnung (16a) verbleibt.
Exzenterbuchse (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchse (14) ferner aufweist: einen weiteren Aufnahmebereich (14a), mit dem die Exzenterbuchse (14) in dem Gerüstgehäuse (2) aufnehmbar ist, und eine weitere Lagerbohrung (14b), die dazu eingerichtet ist, ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, für die Lagerung der Walzenwelle (7) aufzunehmen, wobei die beiden Aufnahmebereiche (14a, 14a) sowie die beiden Lagerbohrungen (14b, 14b) bevorzugt an gegenüberliegenden Enden der Exzenterbuchse (14) ausgebildet sind.
Exzenterbuche (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (16) an einer Außenfläche der Exzenterbuchse (14, 15) in Umfangsrichtung in einem Bereich von weniger als 180° ausgebildet ist.
Walzgerüst (1) für Walzstraßen zum Walzen von metallischen Rohren, Stäben oder Drähten mit mindestens drei, eine Walzachse sternförmig umgebenden Walzen (3), von denen jede einen gesonderten Eintrieb besitzt und die mittels einer Walzenwelle (7) sowie beiderseits der Walze (3) angeordneter Wälzlager (13) drehbar und radial verstellbar in einem Gerüstgehäuse (2) gelagert sind, wobei sich die Wälzlager (13) innerhalb von Exzenterbuchsen (14, 15) befinden, die drehbar in Lagerbohrungen des Gerüstgehäuses (2) angeordnet sind und deren Drehpositionen sich mittels einer Verstelleinrichtung (17) stufenlos verändern sowie festhalten lassen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Exzenterbuchsen (14, 15) um Exzenterbuchsen (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche handelt.