-
Als konische Schrumpfverbindung ausgebildete Die Erfindung betrifft
eine als konische Schrumpf- überlastkupplung verbindung ausgebildete überlastkupplung,
die einerseits zur Übertragung von Torsionsbeanspruchungen und andererseits zur
Übertragung von Zug- und/oder Druckbeanspruchungen dient.
-
Zum Schutz von Maschinenteilen gegen überlastung, durch die wesentliche
Teile beschädigt werden können, werden Sicherheits- oder überlastkupplungen, sogenannte
Bruchkupplungen, Bruchscheiben usw., zwischen einem treibenden und einem angetriebenen
Teil verwendet. Die Wirkungsweise dieser Kupplungen beruht darauf, daß ein schwächerer
Teil bei Überlastung bricht. Erfahrungsgemäß ist jedoch ein solcher Teil oft der
Ermüdung unterworfen, wodurch er nach einer gewissen Zeit bei erheblich geringeren
Belastungen als denen, für die er vorgesehen ist, bricht.
-
Konische Schrumpfverbindungen sind an sich bekannt. Es ist auch bereits
ein Verfahren zum Herstellen und Lösen von Schrumpf- und anderen Preßverbindungen
bekanntgeworden, bei dem zwischen Preßflächen und Verbindungsteilen eine Flüssigkeit
mit so großem Druck eingepreßt wird, daß die metallische Berührung dieser Flächen
mindestens zum größten Teil aufgehoben wird, so daß das gegenseitige Verschieben
der Teile sich leichter gestaltet.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine überlastkupplung
zu schaffen, die Ermüdungsbrüche vermeidet und es ermöglicht, die Stärke von Bruchverbindungen
kontinuierlich zu ändern.
-
Während vieler Jahrzehnte ist eine erhebliche Arbeit aufgewendet worden,
um die bei Bruchverbindungen auftretenden Probleme zu lösen, insbesondere soweit
es sich um die Walzwerktechnik handelt. Das schwierigste Problem besteht darin,
eine Bruchverbindung bei jedem Zapfenhals eines Auslaßzapfens vorzusehen. Bisher
ist ausschließlich eine Kupplung mit Bruchbolzen zwischen dem Motor und dem Zahnrädergetriebe
vorgesehen worden. Diese Bolzen wurden bei Überlastung abgeschert. Bei einer derartigen
Anordnung können eine oder zwei Walzen unter einem zu hohen Drehmoment stehen, während
Walzen und Universalkupplungen brechen, ohne daß die Bolzen in der Hauptkupplung
abgeschert werden. Ferner brechen die Bolzen der Hauptkupplung oft infolge von Ermüdungserscheinungen
oder wenn Torsionsbeanspruchungen, die für die Maschine nicht gefährlich sind, z.
B. gleichzeitig bei drei Walzen auftreten. Besonders bei Blechwalzwerken ergibt
sich dabei der übelstand, daß die glühenden Rohblöcke zwischen den Walzen stillstehen
und große Hitzesprünge in den Walzen erzeugen, die zu Walzenbrüchen führen. Der
in radialer Richtung für Universal- oder Gelenkkupplungen zwischen dem Zapfenständer
und den Walzenständem vorhandene Raum reichte wegen des hohen Drehmoments nicht
für die bekannten Brachverbindungen aus.
-
In letzter Zeit sind Universalkupplungen für Walzwerke auf runde Zapfen
oder Walzenhälse mit einem Konus von 1: 30 aufgeschrumpft worden. Bei überlastung
dreht sich d * ie Kupplung auf dem Hals, wobei jedoch beide Teile zusammenhaften
und der Kupplungskopf sich auf dem Hals festfrißt und nicht abgebaut werden kann.
-
Gemäß der Erfindung sind die obenerwähnten Nachteile vermeidbar, und
eine überlastkupplung nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß derKonizitätswinkel
der aufeinander aufgeschrumpften Kupplungsteile kleiner ist als der Selbsthemmungswinkel
der verwendeten Werkstoffe, jedoch nicht kleiner als 1: 30, und daß zwischen
den Kupplungsteilen Druckelemente, insbesondere Federn, angeordnet sind.
-
An dieser Stelle sei bemerkt, daß bereits ein Innenbackenspannfutter
bekannt ist, das eine Spannvorrichtung mit einem konischen Spanndorn und einer Feder
zum Entkuppeln der betreffenden Kupplungsteile enthält. Bei diesem Futter sind aber
mehrere Backen vorgesehen, die in Schlitzen eines Gehäuses beweglich sind und daher
besondere zusammenhaltende Elemente erfordern. Ein solches Futter löst auch nicht
die Aufgabe, das eingespannte Werkstück auf einem Aufspanndorn während der Arbeit
gleiten und vom Dorn freikommen zu lassen. Schließlieh
ist auch
die bei dem bekannten Futter vorgesehene Feder nicht zur Entkupplung im überlastfall
vorgesehen, sondern kommt nur dann zum Tragen, wenn das Werkstück aus der Maschine
entfernt werden soll.
-
Der Deutlichkeit halber sei hier erwähnt, daß eine überlastkupplung
nach der Erfindung nicht gleichzeitig zur Übertragung von Torsions- und Zug- und/
oder Druckbeanspruchungen dienen soll. Sie ist vielmehr für den einen oder für den
anderen Zweck gedacht.
-
Die Auswahl der richtigen Konizität ist je nach der Beschaffenheit
und dem Reibungskoeffizienten des Kupplungsmaterials sowie der Belastung festzulegen,
mit der die Kupplung arbeiten soll. Ist die Konizität größer als 1 : 12,
so besteht die Gefahr, daß die Kupplung schon bei normaler Belastung auseinandergeht;
ist sie aber kleiner als 1 : 30, so kann sich die Kupplung unter Umständen
festfressen, sobald der eine Kupplungsteil in oder um den anderen zu gleiten beginnt.
-
Ist die Schrumpfverbindung mit einer Konizität von etwa
1 : 12 ausgebildet und besteht die Kupplung aus einer gußeisernen Hülse,
welche mittels Silikonkarbidpulver oder durch Aufschrumpfung gegen Drehung um den
Hals gesichert ist, dann tritt bei Überlastung ein derart schnelles Verschieben
in axialer Richtung (etwa um 45' spiralförrnig) ein, daß die Wärmeeinwirkung bedeutungslos
wird und die Oberflächen der Verbindung unbeschädigt bleiben. Damit die Schrumpfflächen
bei Überlastung nicht aufeinandergleiten können, sind die erwähnten Federn, z. B.
Glockenfedern vorgesehen, durch welche die Schrumpfflächen auseinander gedrängt
werden.
-
Bei einer Entkupplung hört die Drehbewegung des Kupplungskopfes auf.
Er steht in einer ihn umgebenden Außenhülse still, während der Zapfenhals die Drehbewegung
fortsetzt. Die Kupplung gemäß der Erfindung kann sowohl bei Torsionsverbindungen
als auch bei Verbindungen zum übertragen von Zug- und Druckkräften angewendet werden.
-
Ein anderes, ebenfalls schwieriges Problem besteht darin, eine Bruchverbindung
so auszubilden, daß sie für die hohen Beanspruchungen bei Walzen, Scheren, Schraubenpressen
usw. verwendbar ist. Die am meisten verwendeten Sicherheitsvorrichtungen zum Schutz
gegen Biegungsbeanspruchungen der Walzen enthalten eine Bruchscheibe (F i
g. 7), die aus Gußeisen oder Stahl besteht und zwischen den Stellschrauben
auf dem Lagergehäuse liegt. Nach einer ,gewissen Zeit wird sie jedoch in der Regel
durch ein festes Eisenstück ersetzt, da sie entweder zu schwach oder zu stark ist,
was von dem Grad der Ermüdung' abhängt, und weil sie auch zusätzliche Durchbiegungen
hervorruft. Mittels einer konischen Verbindung für Druck- und Zugkräfte ist jedoch
auch dieses Problem durch erfolgreiche Versuche mit den oben beschriebenen Torsionsbruchverbindungen
gelöst worden.
-
Eine überlastkupplung nach der Erfindung wird mit Vorteil so ausgebildet,
daß zwischen den Kupplungsteilen Schraubenfedern vorgesehen sind, die im überlastfall
im Sinne einer Trennung zwischen den Kupplungsteilen wirken. Die Anordnung kann
aber auch so getroffen sein, daß zwischen den Kupplungsteilen Schraubenfedem vorgesehen
sind, die auch nach dem Trennen der Kupplung noch teils im Sinne einer Kupplung
zwischen den Kupplungsteilen wirken, sonst aber dazu dienen, auftretende Axialschübe
zu kompensieren.
-
Zweckmäßig ist es, die überlastkupplung so auszubilden, daß die Konizität
der ineinandergreifenden Kupplungsflächen größer als 1, 30 und vorzugsweise
1 : 12 ist.
-
Zweckmäßigerweise wird der Kupplungskopf von einer Labyrintlidichtungen
für das Lager bildenden feststehenden Hülse umgeben, in der der Kupplungskopf nach
dem Lösen der Kupplungsteile seine Hilfsführung findet. Für das Zusammenfügen und
Lösen der Schrumpfverbindung können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in an
sich bekannter Weise Druckmittelanschlüsse vorgesehen sein, über die zwischen die
zu kuppelnden Flächen ein Druckmittel geleitet werden kann.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 einen Schnitt
durch eine Bruchverbindung bei Universalkupplungen von Walzenstühlen, und zwar gibt
F i g. 1 einen Schnitt in Richtung 14 der F i g. 2 und letztere einen
Schnitt in Richtung 11-II der F i g. 1 wieder; F i g. 3 veranschaulicht
einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsforrn; F i g. 4 zeigt einen
Axialschnitt durch eine Verbindung für Druckkräfte gemäß der obenerwähnten Bauart,
bei der aber die Verbindung schnell mit Hilfe hydraulischen Drucks wieder aufgepreßt
werden kann, wenn sie sich bei Überlastung gelöst hat; F i g. 5 zeigt einen
Axialschnitt durch eine ähnliche Bruchverbindung für Zugbeanspruchungen; F i
g. 6 zeigt einen Axialschnitt durch eine Verbindung, die sowohl für Druck-
als auch für Zugbeanspruchungen geeignet ist, und F i g. 7 zeigt eine bekannte
Ausführung einer Bruchscheibe.
-
Bei der Ausführung nach F i g. 1 und 2 ist die Erfindung bei
den Auslaßzapfenhälsen angeordnet und schützt jede Walze gegen Überlastung.
-
In F i g. 1 ist nur ein kleiner Teil eines Zapfenständers wiedergegeben,
der sich auf der linken Seite befindet. Hierin bedeuten 1 die Zapfenhälse,
auf die die Kupplungen aufgepaßt werden; 2 gibt den Kupplungskopf und
3 die ihn umgebende Hülse wieder; 4 bezeichnet die Kupplungsspindeln. Die
Kupplung ist eine Universalkupplung. Ihre Metall-Lagerschuhe sind mit
5 bezeichnet. Die Einzelheiten dieser Kupplung werden nicht näher beschrieben,
da sie keinen Teil der Erfindung darstellen.
-
Erfindungsgemäß ist die Überlastungskupplung wie folgt angeordnet:
Eine vorteilhaft aus Gußeisen bestehende Hülse 6 wird auf jeden Zapfenhals
1 der abgehenden Zapfen aufgeschrumpft. Diese Hülse ist leicht konisch. Die
Konizität erstreckt sich von der Walze weg. Sie beträgt mindestens 1: 30.
Auf diese Hülse ist der Kupplungskopf aufgeschrumpft, der innen eine entsprechende
konische Ausnehmung be-
sitzt, und auf seinem nach dem Walzenstuhlinnern weisenden
Teil ist die Hülse 3 angeordnet, die gleichzeitig als Labyrinthdichtung für
die Zapfenlager dient. Der außenliegende Teil ist von einer Hülse 7
umgeben.
Zwischen einem Flansch 8 des Kupplungskopfes und dem Walzenzapfenhals ist
eine Feder 9
eingelagert. Mit 10 ist ein Kanalsystem zum Einführen
von Druckflüssigkeit. vorzugsweise Öl, zwischen
die konischen
Flächen bezeichnet. Bei 12 ist an dieses Kanalsystem eine nicht bezeichnete geeignete
Druckleitung angeschlossen, die zum Verbinden und Lösen des Kupplungskopfes dient.
-
Bei Überlastung gleiten die Hülse 6 und der Kupplungskopf 2
aufeinander, und es wird demzufolge die Kraftübertragung unterbrochen. Die Drehbewegung
des Kupplungskopfes hört auf. Er steht in der äußeren Hülse 3 still, während
der Hals sich weiter dreht. Inzwischen halten die Federn 9 die Kupplungsteile
voneinander getrennt.
-
Wenn die Kupplung wieder erfolgen soll, dann wird die Kupplungsspindel
4 wieder wegbewegt und der Kupplungskopf durch Aufbringen von Öl auf die
Schrumpfflächen und mit Hilfe einer Winde, die gemäß z. B. dem schwedischen Patent
SKF 125 160
ausgebildet sein kann, oder auch durch Aufschrumpfen mittels Hitze
in seine Stellung auf der Hülse 6
gebracht.
-
F i g. 3 zeigt dasselbe Prinzip wie F i g. 1 und 2,
nur daß jetzt das Drehmoment von den Zahnrädern 14, 13 auf die Welle
1 übertragen wird. Gleichwirkende und gleichausgebildete Teile haben dieselben
Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile gemäß F i g. 1 und 2. Das Beispiel
bezieht sich auf ein dreifaches Breitflachstahlwalzwerk, wo die Welle stillsteht,
sobald sie auf derart hohes Drehmoment wirkt, daß sich die Schrumpfverbindung löst.
Die Bruchverbindung liegt hier in dem Zahnrad 13. Mit 13 a
und 13 b sind Kugellager bezeichnet, die zwischen dem Zahnrad 13 und
dem Wellenhals sitzen. Ein Kugellager 18 a liegt zwischen dem Wellenhals
1
und dem Lagergehäuse 18 der Walze. Das Zahnrad 13 ist hier
ebenfalls durch eine Feder 9 od. dgl. von den Schrumpfflächen getrennt, die
zwischen dem Lagerträger 16 und dem Rad 13 liegt und sich gegen den
Innenring 13 b des außenliegenden Kugellagers legt. Die Innenhülse
6 ist in geeigneter Weise auf den Wellenhals 1 aufgeschrumpft, und
zwar möglichst mittels Silikonkarbidpulver, das auf die Schrumpfffäche aufgebracht
wird, wodurch die Reibung vergrößert wird, so daß die innenliegende Schrumpffläche
auf dem Wellenhals nicht gleiten kann, wenn sich die äußere Schrumpfverbindung löst.
Natürlich kann auch die Hülse 6 fehlen, und der Wellenhals konisch gemacht
werden. Eine Gehäusekappe 17 deckt alles ab. Wenn sich die Schrumpfverbindung
infolge eines zu hohen Drehmoments löst, dann wird das Zahnrad 13 durch die
Feder 9 in axialer Richtung verschoben, so daß jede Berührung mit der Hülse
6 unterbunden ist. Das Zahnrad 13 dreht sich aber auf den Walzenlagern
13 a und 13 b.
-
F i g. 4 zeigt eine Bruchverbindung für Druckbeanspruchungen.
Hier ist die Außenhülse 18 mittels Hitze aufgeschrumpft oder durch andere
Mittel, wie z. B. das Druckölverfahren, aufgebracht worden. Hierzu ist das Kanalsystem
10, 12 vorgesehen. Die Außenhülse 18 kann z. B. aus einem zähen Stahl
und die Innenhülse 19 aus Gußeisen bestehen, wodurch verhindert wird, daß
die Schrumpfflächen zusammenhaften, wenn sich die Verbindung bei Überlastung löst.
Da keine Torsionsbeanspruchungen vorhanden sind, kann die Konizität ziemlich willkürlich
gewählt werden, z. B. 1: 30 oder 1: 12. In der Beschreibungseinleitung
ist das Verhältnis 1: 30 z. B. für Verbindungen, die Torsionsbeanspruchungen
unterworfen sind, als bekannt vorausgesetzt worden. Andererseits existieren
- soweit bekannt - keine könischen SchrumpfverbIndungen für Zug- oder
Druckbeafispruchungefl.
-
Diese Drückverbindung Ist mit einem untenliegenden ölzylinder 20 versehen,
der einen Einlaßkanal 20 a hat, für die Fälle, wo die gruchverbindung
18,
19 zu arbeiten beginnen will. Wenn eine Feder 21 zwischen dem ]Boden
11 und der ihm zugewandten Oberfläche 23 des InnenlIegenden Teiles vorgesehen
wird, dann kann die truchverbüidung unmittelbar durch Aufpresgen erzeugt werden,
und zwarvorzügsweise mittels dauernd befestigter ölpurnpen, damit sie wieder gebrauchsfertig
wird. Bruchveftindtnigen nach der F i g. 4 können den alten 'ryp einer Brachscheibe
gemäß F lg. 7, Wie er Z. 13. für Walzwerke verwendet wird, ersetzen.
-
F i g. 5 zeigt eine ähnliche Bruchverbindung für Zugbeanspruchungen,
wogegen in F i g. 6 eine für Zug- und Druckbeanspruchungen geeignete Ausführung
dargestellt ist. Der Kupplungskopf besteht hier aus drei in axialer Richtung miteinander
verbundenen Teilen A, B, C. Bei der Ausführung nach
F i g. 6 muß die Bruchverbindung, die Zugbeanspruchungen aufnimmt, zuerst
hergestellt werden. ,
Da die Stärke der Bruchverbindung von dem Oberflächendruck
auf die Schrumpfoberfläche und dem Reibungskoeffizienten abhängt, ist es möglich,
mit Hilfe von Hubschrauben (driveups) verschiedener Stärke die Zug- oder Druckbeanspruchungen
oder das Drehmoment, bei dem die Verbindung unterbrochen wird, einzustellen. Da
der Reibungskoeffizient fast immer konstant bleibt, ist eine genau einstellbare
Bruchverbindung erreicht worden, unabhän-gig von der Ermüdungserscheinung,
die auf die hinter die bisher benutzten Bruchkupplungen und Bolzen einwirkt. Die
überlastungskupplungen nach der Erfindung sind besonders für Walzwerke, Pressen,
Scheren und - ganz allgemein genommen - für Ingenieurarbeiten geeignet.
-
An Stelle von Gußeisen für die Hülsen 6 bzw. die Hülse
19 kann z. B. gehärteter oder chromplattierter Stahl oder irgendeine Metallegierung
verwendet werden. Der beste Kegelwinkel kann in geeigneter Weise für die verschiedenen
Materialien bestimmt werden.