DE2163326C3 - Zahnkranz-Antrieb für groBvolumige Drehkörper - Google Patents

Description

Im Betrieb erfahren großvolumige Drehkörper, insbesondere wenn in ihnen thermische Prozesse ablaufen, erhebliche Längenänderungen, die zu Lagerungs- und Antriebsproblemen führen, da sich auch die Lagerringe und die Zahnkränze entsprechend axial verschieben müssen. Darüber hinaus können bei derartigen Rotationskörpern auch noch durch thermische oder mechafiische Beanspruchungen hervorgerufene Verformungen des Antriebs-Zahnkranzes bzw. der Auflagerringe in radialer oder tangentialer Richtung auftreten.

Damit die den Zahnkranz antreibenden Ritze! diesen Bewegungen des Zahnkranzes in etwa folgen können, 6$ itützen sie sich bei bekannten Zahnkranz-Antrieben «ach dem Ausgangspunkt der Erfindung für z. B. Drehrohrofen mit ihrer Halterung oder ihrem Gehäuse über Universalgelenke auf Stützstreben ab, die wiederum in· Fundamant allseitig schwenkbar verankert sind. Durcli eine derartige Abstützung können die Ritzel den axia verschobenen Zahnkränzen jedoch nicht in Richtung der Drehkörperachse geradlinig folgen, sondern ihre Achsen bewegen sich auf einem Schwenkbogen, was bei größeren Verschiebungen zwangsläufig zu einei nachteiligen Änderung des Zahneingriffes zwischen Ritzel und Zahnkranz führt

Zur Erzielung eines sich selbsttätig angleichender Zahneingriffes zwischen einem sich nur geringfügig verformenden Groß-Zahnrad und einem Antriebsritze] hat man auch schon (OE-PS 256 576) durch schwimmende Anordnung des Ritzels Bearbeitungsgenauigkeiten und Verschleißerscheinungen an den Zähnen ausgeglichen (OE-PS 256 576). Das an einer Hängestange allseitig drehbar gehaltene Ritzelgehäuse weist zwei Stützlenker mit Universalgelenken auf, die beiderseits der durch die Achsen des Ritzels und des Zahnkranzes gebildeten Ebene angeordnet sind und die über weitere Universalgelenke in festen Stützpunkten gelagert sind Diese Anordnung und Lagerung des Ritzels sichert zwar einen wirksamen Ausgleich von kleinen Radialverformungen oder Verwerfungen des Zahnkranzes und gleicht einen Zahnverschleiß aus, sie kann jedoch größere axiale Verschiebungen des Zahnkranzes nicht kompensieren, da bei den hierfür notwendigen Axialbewegungen des Ritzelgehäuses sich das Ritzel auf einem Kreisbogen bewegt und somit die Zähne nach einem gewissen Verschiebeweg außer Eingriff gelangen.

Bei einem Zahnkranz-Antrieb für Drehtrommeln von Kugelmühlen (DT-PS 888 640) ist die Antriebswelle des Ritzels in mehrere Wellenstücke unterteilt, die jeweils durch Membrankupplungen miteinander verbunden sind. D&s das Antriebsritzel tragende Wellenstück ist dadurch schwimmend gelagert, so daß es kleine Bewegungen ohne Neigung seiner Achse ausführen kann und so eine genaue Eingriffslage des pfeilverzahnten Antriebsritzels mit dem Zahnkranz sicherstellt Eine derartige Antriebs-Lagerung ist zwar für die sich nur geringfügig verformenden Kugelmühlen, nicht aber für z. B. Drehrohrofen bekannt, bei denen axiale Längenänderungen von bis über 100 mm auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optimalen Zahneingriff zwischen dem Antriebsritzel und dem Zahnkranz auch bei axialen Verschiebungen des Zahnkranzes sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird einmal dadurch gelöst, daß das Ritzelgehäuse an seinem im Gelenkzapfen gebildeten Stützpunkt an mindestens einer Stütze angelenkt ist deren als zylindrische Rollfläche ausgebildetes Ende bei einer axialen Verschiebung des Ritzelgehäuses aul einer senkrechten zu den Auflagekräften ortsfest angeordneten Stützplatte abrollt, wobei die Krümmungsachse der zylindrischen Rollfläche parallel zur ortsfesten Stützplatte durch den Stützpunkt verläuft und in der Mittelebene des Ritzels liegt.

Eine andere Lösung dieser Aufgabe besteht darin daß sich das Ritzelgehäuse mit seinem in einem Gelenkzapfen gebildeten Stützpunkt mittig an einem zweiarmigen Querhebel des Gelenkmechanismus abstützt, dessen beide Enden in parallelen, entgegengesetzt ausgerichteten Endstangen gelagert sind, die ir einer durch die Ritzelachse gehenden Ebene liegen und deren Enden in je einem zu beiden Seiten einer durch die drei Querhebelgelenke definierten Ebene angeordneten Lager im ortsfesten Bauteil gelagert sind.

In beiden Lösungswegen der Erfindung ist die Er-

lcennlnis verwirklicht, daß ein sicherer Zahneingriff zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz auch bei erheblichen axialen Verschiebungen des Zahnkranzes nur dann gewährleistet ist, wenn durch den Gelenkmechanismus eine Verschiebung des Antriebsritzeis parallel 5 zur Längsachse des Drehkörpers erreicht wird.

Wird bei den erfindungsgemäßen Antrieben der Gelenkmechanismus in einer Ebene ausgerichtet, die mit der den Teilkreisen der beiden Zahnräder gemeinsamen Tangentialebene einen Winkel bildet, der größer als der Eingriffswinkel ist, dann ergibt sich die vorteilhafte Wirkung, daß die Andruckkraft des Ritzels im Verhältnis zum übertragenen Drehmoment zunimmt, so daß die Andruckfeder außer dem Eigengewicht der Antriebsvorrichtung nur die das Ritzel im Stillstand an den Zahnkranz andrückende Kraft aufbringen muß.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung ausfüh-Hch beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführung des Zahnkranz-Antriebes in schematischer Ansicht,

F i g. 2 den Zahnkranz-Antrieb der F i g. 1 in Seitenansicht in Richtung der Pfeile H-H,

F i g. 3 den Gelenkmechanismus für das Antriebsritzel der Pfeile Ill-lll der Fig. 1 im vergrößerten Maßstab,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IVlV in F ig. 3,

Fig.5 einen Schnitt längs der Schnittlinie V-V in F i g. 3,

F i g. 6 das Wirkungsprinzip des Gelenkmechanismus für das Antriebsritzel,

F i g. 7 eine andere Ausführung der Erfindung in achsnormalem Teüschnitt,

F i g. 8 den Gelenkmechanismus der Ausführung nach F i g. 7 in Seitenansicht in vergrößertem Maßstab,

F i g. 9 einen Schnitt längs der Schnittlinie IX-IX in F i g. 8.

Bei der in F i g. 1 bis 6 gezeigten Ausführung ist der Drehkörper 1 eine zylindrische Trommel und von einem Ring 2 umgeben, dessen Zahnkranz 3 mit einem Ritzel 4 kämmt. Die Ritzelachse liegt paralleä zur Achse des Zahnkranzes. Ein Ritzelgehäuse 5 umgibt das Ritzel mit seinen beiden Flanschen 51, 52, die durch stabile Querstreben miteinander verbunden sind und die Ritzelwelle aufnehmen.

Der Ring 2 enthält beiderseits seiner Symmetrieebene zwei zylindrische, zum Ring koaxiale Laufflächen 21, 22, auf denen jeweils eine im Gehäuse 5 drehbar gelagerte Rolle 53 läuft. Das Gehäuse ist über einen Gelenkmechanismus 6 an einem senkrecht zur Ritzelachse ausgerichteten Gelenkzapfen 54 angelenkt (Fig.2). Der Gelenkmechanismus 6 umfaßt einen zweiarmigen Querhebel 60, der mittig an einem auf dem Gelenkzapfen 54 zentrierten Kugelgelenk und dessen Enden an zwei gleichlangen Gelenkstangen 61,62 angelenkt sind. Die Gelenkstangen sind parallel und entgegengesetzt ausgerichtet und mit ihrem anderen Ende in Zapfenlagern 63, 64 eines ortsfesten Sockels 65 gelagert. Die Zapfenlager 63, 64 liegen zueinander parallel und senk- f>o recht zu einer durch die Achse des Ritzels 4 gehenden Ebene. So kann sich der Mechanismus 6 verformen und bleibt doch in dieser Ebene.

Die Wirkungsweise des Gelenkmechanismus 6 ist in F i g. 6 schematisch dargestellt. Bei einem derartigen mechanischen System, einem sog. »Wattschen System«, bewegt sich der Stützpunkt bzw. die Mittelachse des Gelenkzapfens 54 bei z. B. gleicher Länge der Gelenkstangen 61, 62 praktisch auf einer Geraden, wenn das System verformt und die Gelenkstangen um gleiche Winkel verschwenkt werden. Wenn daher im Stützpunkt des Gelenkzapfens 54 ein Druck senkrecht zur Verschiebungsgeraden Δ angreift, wird der durch die unterschiedliche Neigung der Gelenkstangen 61 bzw. 62 erzeugte Rückdruck nur winzig sein, da dieser Unterschied praktisch Null ist

Bei einem Drehkörper, z. B. Drehrohrofen, sind die zulässigen Längenänderungen bekannt, so daß danach der Gelenkmechanismus, insbesondere die Längen der Hebel, so ausgelegt werden kann, daß der Druck des Gehäuses 5 auf den Gelenkzapfen 54 stets senkrecht zur Verschiebungsgeraden Δ ist, in der sich der Gelenkzapfen 54 verschiebt.

Das Ritzel 4 wird an den Zahnkranz 3 durch eine Feder 7 (F i g. 1) angedrückt, die zwischen einem ortsfesten Stützblock 71 und einem am Gehäuse 5 angebrachten Element 72 eingespannt ist. Wenn die Kraft, mit der das Gehäuse an den Zahnkranz angedrückt wird, die Lage der Laufrollen 53 und die Richtung des Zahndruckes bei üblichem Drehmoment des Drehrohrantriebes bekannt sind, kann die mittlere Richtung der Resultierenden der am Gehäuse angreifenden Kräfte berechnet werden, nach der die Ebene des Gelenkmechanismus 6 ausgerichtet wird.

Bei einer axialen Verformung des Drehkörpers innerhalb der zugelassenen Grenzen verschiebt sich demzufolge die Rückdruckkraft parallel und bleibt senkrecht zur Bewegungsrichtung. Es entsteht also keine merkliche Schrägstellung der Ritzelachse, kein Kippmoment am Gehäuse, und der Zahndruck bleibt gleichmäßig über die Zahnbreite verteilt

Wie in F i g. 2 gezeigt, ist das Ritzelgehäuse mit einer Kupplung verbunden, die — ähnlich wie der Gelenkmechanismus 6 — aus mehreren Gelenkstar.gen zusammengesetzt ist Über diese Kupplung wird auf das Ritzel 4 ein Drehmoment übertragen, wobei die Längsverschiebungen des Ritzels gegenüber der Kupplung bzw. der Welle aufgenommen werden, ohne daß ein Rückdruck auf das Ritzel wirkt. Wie ersichtlich, kann durch Kombination beider Gelenkmechanismen und durch ein Gegengewicht zum Ausgleich der Gewichte der Kupplung und der Übertragungswelle trotz der Axialverschiebungen des Drehkörpers eine gleichmäßige Verteilung des Zahndruckes erreicht werden. Von einem Motor können daher ein ortsfestes Untersetzungsgetriebe 9 bei geringer Drehzahl große Drehmomente auf das Ritzel übertragen werden.

Um noch größere Drehmomente auf den Zahnkranz zu übertragen, werden bei einer anderen Ausführung zwei im Gehäuse 5 mit gewissem Abstand voneinander gelagerte Zwischenritzel verwendet, die mit dem Zahnkranz kämmen und durch ein gemeinsames Ritzel getrieben werden, das axial im Gehäuse gelagert und radial durch seine Verzahnung gehalten ist. Dieses Ritzel wird durch die in F i g. 2 gezeigte Kupplung angetrieben. Die Lage des Gelenkzapfens 54 und die Anordnung der Ebene des Gelenkmechanismus 6 werden entsprechend den auf die Gesamtvorrichtung wirkenden Kräften festgelegt.

Das Gehäuse 5, das sich mittels der Rollen 53 an den Laufflächen 21, 22 abstützt und mit dem Querhebel 60 durch das Kugelgelenk am Gelenkzapfen 54 verbunden ist, kann sich in allen Richtungen bewegen und den etwaigen Verformungen des Zahnkranzes oder des Drehkörpers — wie bei den vorher beschriebenen Bauarten — folgen.

Bei der in den F i g. 7 bis 9 dargestellten Ausführung ist der das Gehäuse haltende Gelenkmechanismus eine an einem Bolzen 11 angelenkte Stütze 10, der in einem am Gehäuse festen Bügel 55 steckt. Der in der Mittelebene des Ritzels angeordnete Bolzen 11 ist mit einem Kugelgelenk versehen, dessen Kugelmittelpunkt den Stützpunkt des Gehäuses bildet.

Die Stütze 10 ruht auf einer ebenen Stützplatte 12, die senkrecht zur Resultierenden der vom umlaufenden Drehkörper ausgeübten Kräfte ist, mittels einer zylindrischen Rollfläche 13, deren Zylinderachse durch Stützpunkt 54' geht und zur Ebene der Stützplatte 12 und zur Mittelebene des Ritzels parallel ist, wobei der Stützpunkt 54 in dieser Mittelebene liegt. Bei dieser Anordnung ist das Gehäuse 5 mit vier Laufrollen 53 ausgestattet, die paarweise beiderseits des Ritzels angeordnet sind. Die Stützfeder 7 ist dabei so angeordnet, daß die Stütze nur den Rückdruck der Verzahnung aufzunehmen hat und parallel zu demjenigen Verzahnungsdruck ausgerichtet ist, der bei normalem Drehmoment des Drehkörper-Antriebs auftritt

Das Ende der Stütze ist in einem Bügel 14 gehalten, der an der ortsfesten Stützplatte 12 starr befestigt ist und dessen beide Flansche je ein Langloch 141 aufweisen. Durch diese Langlöcher und durch die Stütze ist ein Bolzen 101 gesteckt, durch den die Stütze eine etwa auftretende Zugkraft aufnehmen kann. Er behindert aber nicht das Abrollen der Stütze auf ihrer zylindrischen Fläche 13. Keile 15 in Keilnuten der Stütze und der Stützplatte 12 verhindern Gleit- bzw. Rutschbewegungen der Stütze 10 und gewährleisten ihre Rollbewegung auf der zylindrischen Stützfläche 13.

Durch diese Anordnung verschiebt sich bei den Längsbewegungen des Drehkörpers die zur Stützplatte 12 senkrechte Reaktionskraft parallel. Die Stütze rollt auf ihrer zylindrischen Stützfläche und folgt frei den Verschiebungen des Drehkörpers, ohne Gegenkräfte auf das den Verformungs-Bewegungen des Zahnkranzes folgende Gehäuse 5 auszuüben.

Auch bei dieser Ausführung können statt vier Rollen und einer Gelenkstütze nur zwei Tragrollen 2 — wie bei der nach F i g. 1 — und zwei Stützen vorgesehen werden, die die Resultierende der auf das Gehäuse ausgeübten Kräfte gemeinsam aufnehmen.

Die Länge der Andruckfeder 7 kann sich je nach den Verschiebungen des Drehkörpers ändern. Ist sie am ortsfesten Stützblock 71 angelenkt, kann sie kleine Reaktionskräfte übertragen. Um auch diese kleinen Reaktionskräfte zu unterdrücken, soll der ortsfeste Stützblock 71 parallel zur theoretischen Drehachse des Drehkörpers ausgerichtet sein und die Feder 7 sich auf ihm entweder über einen Gelenkmechanismus ähnlich dem nach F i g. 1 oder die Stütze 10 auf einer zylindrischen Fläche von zu ihm paralleler und zur Drehachse des Drehkörpers senkrechter Achsrichtung abstützen. Die Feder kann dann den Verschiebungen des Drehkörpers frei folgen und auf das Ritzel eine stets zu seiner Achse senkrechte Kraft übertragen.

Es kann vorteilhaft sein, den Stützpunkt weiter von der den Teilkreisen der Verzahnungen gemeinsamen Tangentialebene abzurücken, so daß die Ebene der Stütze mit der Tangentialebene einen Winkel bildet, der größer als der Druckwinkel ist In diesem Fall nimmt die Andruckkraft des Ritzels im Verhältnis zum übertragenen Drehmoment zu, und so wird die Gefahr eines Abhebens beseitigt. Bei zweckmäßiger Auslegung des Systems braucht daher die Feder außer dem Eigengewicht der Antriebsvorrichtung nur die das Ritzel im Stillstand an den Zahnkranz andrückende Kraft aufzubringen.

Die Erfindung ist nicht auf die Konstruktionsmerkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle diejenigen Zahnkranz-Antriebe bei denen eine Verschiebung des Gehäuse-Stützpunktes auf einer zur theoretischen Drehachse parallele Geraden erfolgt und bei denen das Ritzelgehäuse den Verschiebungen des Drehkörpers se folgen kann, daß die Stütz-Gegenkraft praktisch in dei Mittelebene des Ritzels bleibt ohne daß die Halteein richtung eine durch die Verschiebungen des Drehkörpers verursachte Axialkomponente auf das Gehaust übertragen könnte. Diese Wirkungen lassen sich bei spielsweise auch durch Gleitbahnen verwirklichen.

Die beiden beschriebenen Ausführungen könner Axialverschiebungen des Zahnkranzes von 60 mn beiderseits der Mittelstellung aufnehmen. Da die Ge lenkmechanismen sowohl Zug- wie Druckkräfte ohn< axiale Rückdruckkraft aufnehmen, kann der Gehäuse Stützpunkt auf der einen oder anderen Seite der Ritzel achse angeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zahnkranz-Antrieb für großvolumige Drehkör- |»er, wie Drehrohröfen, Trommelmühlen, Trommel-Irocknern u. dgl, bei welchem der auf dem Drehlörper befestigte Zahnkranz verformbar und axial Verschiebbar ist und das Gehäuse des Antriebsrittels über einen Gelenkmechanismus an einem ortsfesten Bauteil gehalten und durch eine Zwangsfühfung entsprechend den Zahnkranzbewegungen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzelgehäuse (5) an seinem im Gelenkzapfen

fW) gebildeten Stützpunkt an mindestens einer tütze (10) angelenkt ist, deren als zylindrische Rollfache (13) ausgebildetes Ende bei einer axialen Vertchiebung des Ritzelgehäuses (5) auf einer senkrechten zu den Auflagerkräften ortsfest angeordneten Stützplatte (12) abrollt, wobei die Krümmungsachse der zylindrischen Rollfläche (13) paraiiel zur ortsfesten Stützpllatte (12) durch den Stützpunkt (54) verläuft und in der Mittelebene des Ritzels (4) liegt.

2. Zahnkranz-Antrieb für großvolumige Drehkörper, wie Drehrohröfen, Trommelmühlen, Trommeltrocknern u. dgl., bei welchem der auf dem Drehkörper befestigte Zahnkranz verformbar und axial verschiebbar ist und das Gehäuse des Antriebsritzels über einen zwei Parallellenker enthaltenden Gelenkmechanismus an einem ortsfesten Bauteil gehalten grid durch eine Zwangsführung entsprechend den^Zahnkranzbewegungen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ritzelgehäuse

(5) mit seinem in einem Gelenkzapfen (54) gebildeten Stützpunkt mittig an einem zweiarmigen Querhebel (60) des Gelenkmechanismus abstützt, dessen beide Enden in parallelen, entgegengesetzt ausgerichteten Gelenkstangen (6!, 62) gelagert sind, die in einer durch die Ritzelachse gehenden Ebene liegen und deren Enden in je einem zu beiden Seilen einer durch die drei Querhebelgelenke definierten Ebene angeordneten Lager (63, 64) im ortsfesten Bauteil (65) gelagert sind.

3. Zahnkranz-Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkmechanismus (6) in einer Ebene ausgerichtet ist, die mit der den Teilkreisen der beiden Zahnräder gemeinsamen Tangentialebene einen Winkel bildet, der größer als der Eingriffswinkel ist.

50