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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Richtmaschine, vorzugsweise zum Richten von metallischem Bandmaterial, der ein Getriebe und zumindest eine daran angebundene Drehantriebseinrichtung aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Zu den umformenden Fertigungsverfahren bei der Metallbearbeitung zählt das Richten. So beseitigen Richtmaschinen beispielsweise Verwerfungen, innere Spannungen oder Verformungen an Blechen, die aus Walzprozessen, thermischen und/oder anderen Belastungen herrühren können. Zu diesem Zweck durchläuft das Metallband eine Richtmaschine, in der das Material durch eine Gruppe von oberen und unteren Richtrollen hindurchgeführt und dabei durch eine entsprechende Anstellung der Richtrollen plastisch umgeformt wird. Neben der Beseitigung von Verwerfungen bei bandförmigen Metallmaterialien sind weitere Richtverfahren bekannt, die beispielsweise das Richten von Rohren oder Formteilen betreffen.
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Der Antrieb der Richtrollen erfolgt durch einen relativ großen Drehstrom-Asynchronmotor, dessen Drehmoment durch ein Getriebe auf zumeist mehrere Gelenkwellen übertragen wird, die wiederum je eine zugeordnete Richtrolle antreiben. Eine solche Antriebseinheit mit Getriebeanordnung geht beispielsweise aus der
EP 2 002 907 A2 hervor.
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Die gesamte Antriebseinheit, bestehend aus einem Drehstrommotor, einer Getriebeanordnung und gegebenenfalls weiteren Baugruppen ist groß, schwer und benötigt eine eigene stabile Unterstützungskonstruktion. Es werden viele Bauteile mit entsprechend hohem Platzbedarf verbaut. Eine solche hohe maschinenbauliche Komplexität wirkt sich zudem negativ auf die Energieeffizienz und den Wartungsaufwand aus.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Antrieb für eine Richtmaschine bereitzustellen, der insbesondere kompakt, dadurch flexibler anwendbar, und ressourceneffizient ist.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einem Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Richtmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Der Antrieb gemäß der Erfindung ist für eine Richtmaschine ausgelegt und eingerichtet. Die Richtmaschine dient vorzugsweise zum Richten, insbesondere begradigen, eines bandförmigen Metallmaterials im Rahmen der Metallbearbeitung. Hierbei sind Metallbänder aus Stahl und Nichteisenmetallen, den sogenannten NE-Metallen, umfasst.
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Der Antrieb weist ein Getriebe mit einem Getriebegestell und zumindest einer darin drehbar gelagerten Antriebswelle auf. Das Getriebe kann ein Getriebe zur Übertragung und gegebenenfalls Über- oder Untersetzung einer Drehung bzw. eines Drehmoments der Antriebswelle auf eine oder mehrere Abtriebswellen sein. Vorzugsweise ist einer Antriebswelle genau eine Abtriebswelle zugeordnet, um die einzelnen daran gekoppelten oder daran koppelbaren Richtrollen individuell regeln zu können. Der Antrieb weist ferner zumindest eine Drehantriebseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Antriebswelle in Drehung bzw. Rotation zu versetzen.
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Erfindungsgemäß ist die Drehantriebseinrichtung mit dem Getriebegestell verblockt, vorzugsweise verschraubt, oder zumindest teilweise im Getriebegestell angeordnet. Die Formulierung „zumindest teilweise im Getriebegestell angeordnet“ bedeutet, dass insbesondere die elektrotechnisch aktiven Teile der betreffenden Drehantriebseinrichtung, wie etwa Spule(n), Elektroblech(e), Magnet(e) usw., zum Teil oder vollständig im Getriebegestell angeordnet sind.
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Durch eine solche maschinenbauliche Integration der Drehantriebseinrichtung(en) und des Getriebes ist der Antrieb ausgesprochen kompakt, energieeffizient, zuverlässig, wartungsarm sowie kostengünstig. Die Fundamente und Hallen zur Aufnahme des Antriebs können kleiner ausfallen. Die Integration erlaubt zudem eine Verringerung der Anzahl an Komponenten, wodurch sich die Wartungsarbeit am Antrieb vermindert. Dadurch kann die Produktionszeit der Anlage maximiert werden. Ferner geht damit eine Reduzierung von sicherheitstechnischen Aufwendungen einher. Die Reduktion im Antriebsstrang ist zudem günstig im Hinblick auf eine etwaige Standardisierung bzw. Normierung solcher Antriebssysteme. Durch die besondere Nähe der Drehantriebseinrichtung(en) zum Getriebe kann das Getriebegestell ferner als Kühlkörper oder Kühloberfläche für die Drehantriebseinrichtung(en) genutzt werden. Insgesamt werden die Freiheitsgrade des Antriebs in Bezug auf Funktion und Design erhöht.
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Der sprachlichen Einfachheit halber wird oft nur der Singular eines Merkmals, wie etwa der Drehantriebseinrichtung, der Antriebswelle usw., verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Plural hierbei mitumfasst ist, sofern dieser nicht ausdrücklich oder aus dem Kontext ausgeschlossen ist.
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Vorzugsweise fungiert zumindest ein Abschnitt der Antriebswelle des Getriebes als Rotor der Drehantriebseinrichtung. So kann eine Endabschnittsseite der Antriebswelle direkt in die entsprechende Drehantriebseinrichtung ragen, um dort die Funktion des Rotors, gegebenenfalls ausgestattet mit entsprechenden elektrotechnisch aktiven Teilen, wie etwa Spulen, Magneten usw., zu übernehmen. Besonders bevorzugt sind die Antriebswelle und der damit integrierte Rotor zumindest teilweise, d.h. beispielsweise bis auf die erwähnten elektrotechnisch aktiven Teile, einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist in der Drehantriebseinrichtung eine Hülse mit darauf angebrachten Magnetkörpern auf den Rotor oder einen Rotorabschnitt aufgeschoben und daran befestigt. Indem die Antriebswelle des Getriebes synergetisch als Rotor der Drehantriebseinrichtung fungiert, wird zudem eine hohe Drehsteifigkeit zwischen der Drehantriebseinrichtung und dem Getriebe erzielt. Der Antriebsstrang ermöglicht trotz baulicher Vereinfachung eine Verbesserung der regelungstechnischen Eigenschaften. Dies führt neben einer Gewichtsreduzierung auch zu einer Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads.
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Die Drehantriebseinrichtung kann lagerlos sein. Durch die Integration zwischen Drehantriebseinrichtung und Getriebe können die Getriebelager für die Antriebswelle synergetisch für den Rotor der Drehantriebseinrichtung mitgenutzt werden, wodurch letztere ohne eigene Lager für den Rotor auskommen kann. Insbesondere trägt ein etwaiges Gehäuse der Drehantriebseinrichtung vorzugweise keine eigenen Lager. Somit können weitere Komponenten eingespart werden, wodurch der Antrieb noch kompakter, energieeffizienter und wartungsärmer konstruiert werden kann.
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Vorzugsweise ist eine, sind mehrere oder alle der Drehantriebseinrichtungen jeweils ein Elektromotor oder umfassen einen solchen, wodurch ein besonders kompakter und wartungsarmer Antrieb realisierbar ist. Vorzugsweise weist das Getriebe eine oder mehrere Abtriebswellen auf, die jeweils mit einer Gelenkwelle verbunden sind, wodurch die vom Getriebe ausgegebenen Drehmomente besonders flexibel auf eine oder mehrere Richtrollen übertragen werden können.
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Vorzugsweise ist das Getriebegestell als teilweise oder im Wesentlichen vollständig geschlossenes Gehäuse ausgebildet, um die Getriebekomponenten vor äußeren Einflüssen zu schützen und den Antrieb baulich zu stabilisieren. Durch die besondere Nähe der Drehantriebseinrichtung(en) zum Getriebe kann das Getriebegehäuse ferner als Kühlkörper oder Kühloberfläche für die Drehantriebseinrichtung genutzt werden.
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Vorzugsweise ist die Drehantriebseinrichtung auf der der Richtmaschine bzw. deren Rollenanordnung zugewandten Seite des Getriebes angeordnet. Indem die Lage der Drehantriebseinrichtung von der üblichen, der Richtmaschine abgewandten Seite zur gegenüberliegenden Seite abgeändert wird, kann eine weitere Verkürzung des Antriebsstrangs erzielt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau des Getriebes, insbesondere die Lage der Abtriebswelle(n), dessen Seite der Richtmaschine und der Richtmaschine abgewandte Seite eindeutig definiert.
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Vorzugsweise weist der Antrieb mehrere Drehantriebseinrichtungen verteilt beispielsweise auf zwei Höhenniveaus auf, wobei auf dem unteren Höhenniveau vorzugsweise eine Drehantriebseinrichtung mehr als auf dem oberen Höhenniveau angeordnet ist, um entsprechend gelagerte Richtrollen einfach bedienen zu können.. Vorzugsweise ist eine Drehantriebseinrichtung genau einer Richtrolle zugeordnet.
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Vorzugsweise ist der Antrieb auf eine Weise modular aufgebaut, dass für die Drehantriebseinrichtung mehrere Montagepositionen wählbar sind. Insbesondere können die Drehantriebseinrichtungen wahlweise auf der der Richtmaschine bzw. deren Rollenanordnung zugewandten und/oder abgewandten Seite des Getriebes montierbar sein. Auf diese Weise kann der Antrieb je nach Anwendungsumgebung so konfiguriert werden, dass der zur Verfügung stehende Bauraum bestmöglich genutzt wird.
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Vorzugsweise weist der Antrieb eine Verschiebeeinrichtung auf, die für eine translatorische Verschiebung des Getriebes (sowie der integrierten Drehantriebseinrichtung(en)) eingerichtet ist. Die durch die Kompaktheit und Gewichtsreduzierung des Antriebs gewonnen Freiheitsgrade in Bezug auf Funktion und Design erlauben es, den Antrieb verfahrbar zu lagern, etwa für Wartungs- oder Umbauzwecke.
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Vorzugsweise weist die Verschiebeeinrichtung einen Spindelantrieb, etwa mit einem als Elektromotor ausgeführten Spindelmotor und einer durch diesen in Rotation versetzbare Spindelwelle, auf. Somit lässt sich auf maschinenbaulich einfache und zuverlässige Weise eine Verfahrbarkeit des Antriebs realisieren.
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Vorzugsweise weist die Verschiebeeinrichtung eine oder mehrere Schienen auf, die eingerichtet sind, um das Getriebe translatorisch zu führen. So kann das Getriebe bzw. dessen Gestell einen Schlitten aufweisen oder auf einem solchen angeordnet sein, der mit der Schiene zusammenwirkt und von dieser geführt wird, wodurch eine energieeffiziente, definierte und sichere Verschiebung des Antriebs gewährleistet ist.
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Vorzugsweise ist eine, sind mehrere oder alle der Drehantriebseinrichtungen jeweils als Hohlwellenantrieb ausgeführt, wodurch diese besonders kompakt und auf baulich einfache und zuverlässige Weise mit dem Geriebe integrierbar sind.
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Vorzugsweise ist der Hohlwellenantrieb ein Torquemotor oder Asynchronmotor oder ein hydraulischer Antrieb. Ein Torquemotor, etwa als Servomotor mit Hohlwelle aufgebaut, erzielt in einer kompakten Bauform hohe Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen. Dies wird durch eine hohe Polpaarzahl des Motors erreicht, die durch den Einsatz von Hochleistungspermanentmagneten auf dem Rotor realisiert wird. Aus diesen Gründen eignet sich die Integration von Drehantriebseinrichtung und Getriebe für den Anwendungsfall eines Torquemotors besonders. Aus den gleichen Gründen kommen beispielsweise auch Asynchronmotoren oder hydraulische Hohlwellenantriebe für die hierin dargelegte Integration des Antriebsstrangs in Frage.
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Die oben dargelegte Aufgabe wird ferner gelöst von einer Richtmaschine mit einer Richtrollenanordnung, die eine oder mehrere Richtrollen aufweist, sowie einem Antrieb nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten, der an die Richtrollen angebunden und eingerichtet ist, diese in Rotation zu versetzen.
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Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf den Antrieb beschrieben wurden, gelten analog für die Richtmaschine.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt schematisch eine Richtmaschine mit einer Richtrollenanordnung und einem daran angebundenen Antrieb.
- Die 2 zeigt schematisch eine Richtmaschine mit einer Richtrollenanordnung und einem daran angebundenen Antrieb gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
- Die 3 zeigt schematisch eine Richtmaschine mit einer Richtrollenanordnung und einem daran angebundenen Antrieb gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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Die 1, 2 und 3 zeigen schematisch je eine beispielhafte Richtmaschine 1 mit einer Richtrollenanordnung 2 und einem daran angebundenen Antrieb 10.
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Der Aufbau der Richtrollenanordnung 2 selbst, insbesondere die Beschaffenheit, Anordnung und Lagerung der Richtrollen, ist in den 1 bis 3 nicht näher dargestellt, da es hierin vornehmlich um den Aufbau des Antriebs 10 geht. Der Antrieb 10 kann als eine Baugruppe angesehen werden und umfasst zumindest ein Getriebe 11 und eine oder mehrere mit diesem integrierte Drehantriebseinrichtungen 12. Die Drehantriebseinrichtungen 12 sind vorzugsweise jeweils als elektrischer Hohlwellenantrieb ausgeführt oder umfassen einen solchen.
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Das Getriebe 11 ist eine Vorrichtung mit einem Getriebegestell 11a, das vorzugsweise als Gehäuse ausgebildet ist, einer oder mehreren Antriebswellen 11b und einer oder mehreren Abtriebswellen 11c, die über Drehwandlungselemente, wie etwa Zahnräder, Wellen usw., miteinander gekoppelt sind, so dass die Rotation bzw. das Drehmoment einer Antriebswelle 11b auf eine oder mehrere Abtriebswellen 11c übertragen wird, gegebenenfalls mit einer geeigneten Über- oder Untersetzung.
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In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 sind beispielhaft zwei Drehantriebseinrichtungen 12 und je eine zugeordnete Antriebswelle 11b sowie eine zugeordnete Abtriebswelle 11c, d.h. insgesamt zwei Antriebswellen 11b und zwei Abtriebswellen 11c, gezeigt. Allerdings sind üblicherweise mehr Drehantriebseinrichtungen 12 installiert, beispielsweise neun, die vorzugsweise jeweils genau einer Richtrolle zugeordnet sind. Die Drehantriebseinrichtungen 12 können auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sein, wie es aus den Figuren hervorgeht. Vorzugsweise ist auf dem unteren Höhenniveau eine Drehantriebseinrichtung 12 mehr als auf dem oberen Höhenniveau installiert.
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Die Abtriebswellen 11c sind jeweils mit einer Gelenkwelle 13 verbunden, so dass das Drehmoment der Abtriebswelle 11c zur Richtrollenanordnung 2, insbesondere auf eine zugehörige Richtrolle, übertragen werden kann.
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Die Drehantriebseinrichtungen 12 sind vorzugsweise jeweils als Hohlwellenantrieb (beispielsweise Torquemotor, Asynchronmaschine, hydraulischer Antrieb usw.) ausgeführt. Ein Torquemotor, zumeist als Servomotor mit Hohlwelle aufgebaut, erzielt bei einer kompakten Bauform hohe Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen. Dies wird durch eine hohe Polpaarzahl des Motors erreicht, die durch den Einsatz von Hochleistungspermanentmagneten auf dem Rotor realisiert wird.
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Die Drehantriebseinrichtungen 12 und das Getriebe 11 sind miteinander integriert, indem die Drehantriebseinrichtungen 12 Bestandteil des Getriebes 11 oder mit diesem verblockt sind. So übernehmen beispielsweise die Antriebswellen 11b endabschnittsseitig synergetisch die Funktion der Rotoren der Drehantriebseinrichtungen 12. Motorseitige Lagerungen der Antriebswellen 11b können entfallen. Auf diese Weise findet eine enge Integration zwischen den Drehantriebseinrichtungen 12 und dem Getriebe 11 statt.
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Sofern die Drehantriebseinrichtungen 12 eigene Gehäuse oder Gestelle aufweisen, sind diese mit dem Getriebegestell 11a verblockt, beispielsweise daran angeschraubt. Eine eigene Rotorlagerung im Gehäuse bzw. Gestell der Drehantriebseinrichtungen 12 ist nicht erforderlich.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 befinden sich die Drehantriebseinrichtungen 12 auf der der Richtrollenanordnung 2 abgewandten Seite des Getriebes 11. Auf diese Weise kann eine erhebliche Verkürzung des Antriebsstrangs von beispielsweise 4,5 m im Vergleich zu einem herkömmlichen Antriebsstrang mit Drehstrommotor und Getriebe erzielt werden.
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Eine weitere Verkürzung des Antriebsstrangs in etwa um die Axialabmessung der Drehantriebseinrichtung 12, beispielsweise um weitere 80 cm, kann erreicht werden, indem die Drehantriebseinrichtungen 12 auf der der Richtrollenanordnung 2 zugewandten Seite des Getriebes 11 platziert werden, wie im Ausführungsbeispiel der 2 gezeigt.
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Der Antrieb 10 kann alternativ in einer modularen Bauweise realisiert sein, indem die Montageposition der Drehantriebseinrichtungen 12 wählbar ist. So zeigt die 3 ein Ausführungsbeispiel, in dem die Drehantriebseinrichtungen 12 wahlweise auf der der Richtrollenanordnung 2 zugewandten und/oder abgewandten Seite des Getriebes 11 montierbar sind. Sofern erforderlich, können die Antriebswellen 11b auch an beiden Endseiten von je einer Drehantriebseinrichtung 12 angetrieben werden.
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Die elektrotechnisch aktiven Teile der Drehantriebseinrichtungen 12, wie etwa Spule(n), Elektroblech(e), Magnet(e) usw., können alternativ zu einer Verblockung zum Teil oder vollständig im Getriebegestell 11a angeordnet und darin befestigt sein, wodurch eine noch stärkere Integration von Drehantriebseinrichtung 12 und Getriebe 11 erzielt wird.
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Durch die maschinenbauliche Integration der Drehantriebseinrichtungen 12 und des Getriebes 11 ist der Antrieb 10 ausgesprochen kompakt, energieeffizient, zuverlässig, wartungsarm sowie kostengünstig. Indem die Antriebswellen 11b des Getriebes 11 synergetisch als Rotoren der Drehantriebseinrichtungen 12 fungieren, wird zudem eine hohe Drehsteifigkeit zwischen der Drehantriebseinrichtung 12 und dem Getriebe 11 erzielt. Der Antriebsstrang ermöglicht trotz baulicher Vereinfachung eine Verbesserung der regelungstechnischen Eigenschaften. Dies führt neben einer Gewichtsreduzierung auch zu einer Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads. Die Fundamente und Hallen zur Aufnahme des Antriebs 10 können verkleinert werden. Durch die Verringerung der Anzahl der Komponenten wird die Wartungsarbeit am Antrieb 10 vermindert, wodurch die Produktionszeit der Anlage verlängert werden kann. Ferner geht damit eine Reduzierung von sicherheitstechnischen Aufwendungen einher. Die Reduktion im Antriebsstrang ist zudem günstig im Hinblick auf eine etwaige Standardisierung bzw. Normierung solcher Antriebssysteme. Durch die besondere Nähe der Drehantriebseinrichtung 12 zum Getriebe 11 kann das Getriebegestell 11a ferner als Kühlkörper oder Kühloberfläche für die Drehantriebseinrichtungen 12 genutzt werden.
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Insgesamt werden die Freiheitsgrade des Antriebs 10 in Bezug auf Funktion und Design erhöht. Dieser technische Beitrag kann dazu genutzt werden, den Antrieb 10 verfahrbar zu lagern, etwa für Wartungs- oder Umbauzwecke.
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Dazu kann der Antrieb 10, wie in der 1 gezeigt, eine Verschiebeeinrichtung 20 aufweisen, die beispielsweise eine oder mehrere Schienen 21 und einen Spindelantrieb 22 mit einer Spindelwelle 22a und einem Spindelmotor 22b umfasst. Dabei ist der Spindelantrieb 22 so eingerichtet, dass die durch den Spindelmotor 22b in Drehung versetzbare Spindelwelle 22a eine translatorische Bewegung des Getriebes 11 bewirkt. Dazu weist das Getriebe 11 beispielsweise einen Schlitten auf oder ist auf einem solchen installiert, der mit der Schiene 21 zusammenwirkt und von dieser geführt wird. Zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des Spindelmotors 22b in die translatorische Bewegung des Getriebes 11 kann die Spindelwelle 22a einen Außengewindeabschnitt aufweisen, der in einen entsprechenden Innengewindeabschnitt des Getriebeschlittens eingreift.
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Sofern der Antrieb 10, insbesondere die Drehantriebseinrichtungen 12, ausreichend zugänglich ist, wie beispielsweise in den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 gezeigt, kann auf eine Verschiebeeinrichtung 20 auch verzichtet werden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Richtmaschine
- 2
- Richtrollenanordnung
- 10
- Antrieb
- 11
- Getriebe
- 11a
- Getriebegestell
- 11b
- Antriebswelle
- 11c
- Abtriebswelle
- 12
- Drehantriebseinrichtungen
- 13
- Gelenkwelle
- 20
- Verschiebeinrichtung
- 21
- Schiene
- 22
- Spindelantrieb
- 22a
- Spindelwelle
- 22b
- Spindelmotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69101995 T2 [0003]
- EP 1584384 A1 [0003]
- DE 10028306 A1 [0003]
- EP 2002907 A2 [0004]
