DE2355433A1 - CENTRAL GEAR INTERMEDIATE SHAFT BETWEEN SHAFTS VARIABLE AXIAL DISTANCE - Google Patents
CENTRAL GEAR INTERMEDIATE SHAFT BETWEEN SHAFTS VARIABLE AXIAL DISTANCEInfo
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Dlpl.-rn- \ Π. -τ ".TZ
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310-21.64lP(21.642H) 6. 11. 1973310-21.64lP (21.642H) November 6, 1973
SECIM, Courbevoie (Frankreich) SECIM, Courbevoie (France )
Bogenzahn-Zwischenwelle zwischen Vellen veränderlichenAlternate curved tooth intermediate shaft between waves
AchsabstandesCenter distance
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen zwei sich drehenden, einander wesentlich achsparallelen Wellen von veränderlichem Achsabstand durch eine Zwischenwelle, die an jedem Ende mit einem Bogenzahn-Kranz versehen ist, der mit einem zugehörigen Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der benachbarten Welle befestigt ist. Sie ist insbesondere z.B. für den Walzen-Antrieb in Walzgerüsten bestimmt.The invention relates to a device for power transmission between two rotating, mutually substantially axially parallel Shafts of variable center distance through an intermediate shaft, which is provided at each end with a ring of curved teeth with meshes with an associated ring gear which is attached to the end of the adjacent shaft. It is particularly useful e.g. for the roller drive determined in roll stands.
Die Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine undThe power transmission between a prime mover and
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einer getriebenen, relativ zur Antriebsmaschine sich verlagernden Maschine ist für die Hersteller von Industrieausrüstungen immer ein wichtiges und oft schwer lösbares Problem gewesen.a driven machine that is shifting relative to the prime mover is always important for the manufacturers of industrial equipment has been an important and often difficult to solve problem.
Der Antrieb von Walzgerüsten bildet einen besonderen Fall dieses Problems, da dort die Achsen der Ausgangs welle der Antriebsmaschine, z.B. des Kammwalzgerüstes , und der Eingangswelle der die Leistung aufnehmenden Maschine während ihrer Relativverschiebung parallel oder wesentlich parallel bleiben. Bei WaIzgerüsten hat man es mit sehr großen zu übertragenden Drehmomenten (von einigen Tausend oder mehreren Hunderttausend Meterkilogramm ) zu tun. Da ber aus Gründen, die in der Wirkungsweise der Walzgerüste selbst liegen, der Raum für solche Übertragungseinrichtung, hauptsächlich im Durchmesser, so weit wie möglich klein gehalten werden muß, werden die Schwierigkeiten, hierfür eine sowohl technisch als auch wirtschaftlich annehmbare Lösung zu finden, verständlich.The drive of rolling stands is a special case of this problem, because there the axes of the output shaft of the drive machine, e.g. of the pinion stand, and the input shaft of the machine taking up the power during their relative displacement stay parallel or substantially parallel. With rolling stands one has to deal with very large torques to be transmitted (of a few thousand or several hundred thousand meter-kilograms ) to do. Because about reasons that affect the way in which the Roll stands themselves lie, the space for such transmission device, mainly in diameter, as small as possible must be maintained, the difficulties of finding a technically and economically acceptable solution understandable.
Man hat, um dieses Problem zu lösen, .Zwischenwellen - diese werden üblicherweise und im folgenden auch hier Spindeln genannt mit Kugelgelenk benutzt, die aus einer Übertragungsspindel bestanden, an deren Enden Kardangelenke von möglichst geringem Raumbedarf angebracht waren. Solche Vorrichtung ergibt zwischen ihren Haupt-Bauteilen große Reibung und hohe spezifische Flächendrücke. Daraus folgen schneller Verschleiß und die Notwendigkeit, besondere, sehr sorgfältig entwickelte Werkstoffe zu wählen, die sehr gute mechanische Eigenschaften bieten.To solve this problem one has .intermediate waves - these are usually and in the following also called spindles with ball joint used, which consisted of a transmission spindle, at the ends of which cardan joints were attached which required as little space as possible. Such a device results in between their Main components have high friction and high specific surface pressures. This results in faster wear and tear and the need for special, to choose very carefully developed materials that offer very good mechanical properties.
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Auch machen die Schwierigkeiten, solche Vorrichtung auszuwuchten, ihre Verwendung zur Leistungsübertragung mit hohen Drehzahlen, wie sie bei modernen Walzgerüstfen üblich sind, sehr schwierig. Und schließlich sind die Spindelköpfe schwierig zu schmieren, und es ist praktisch unmöglich, sie dicht zu bekommen.Also make the difficulties of balancing such a device, their use for power transmission at high speeds, as they are common in modern roll stands, very difficult. And finally, the spindle heads are difficult to lubricate, and it's practically impossible to get them tight.
Diese Nachteile haben dazu geführt, die Spindeln mit Kugelgelenk durch eine andere Spindelart, sogenannte "Vielzahl-Spindeln", zu ersetzen. Diese Spindelart - sie ist in Fig. 1 dargestellt - weist an jedem Ende einen Außen-Zahnkranz auf, der mit einem Innen-Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der zugehörigen der beiden miteinander zu verbindenden Wellen befestigt ist. Der Zahnkopf und die Zahnflanken sind in Längsrichtung bogenförmig, was die Winkelverlagerung der Spindel im Innen-Zahnkranz möglich macht und somit der Spindel ermöglicht, sich schief zustellen, während die treibende und die getriebene Welle einander achsparallel bleiben. Wenn der Neigungswinkel Null ist (also die treibende und die getriebene Welle miteinander fluchten), nehmen theoretisch alle Zähne an der Drehmomentübertragung teil. Aber wenn die treibende und die getriebene Welle nicht fluchten, dann bildet die Spindel mit jeder von ihnen einen Winkel, und an der Drehmomentübertragung nehmen dann nur diejenigen Zähne teil, die an derjenigen Gelenkachse liegen, um die die Neigung der Welle sich ändert. In der Praxis nehmen auch noch die dieser Gelenkachse benachbarten Zähne an der Drehmomentübertragung teil, da die Zähne sich biegen und ihr Weikstoff sich zusammendrückt. Es ist also die auf einen Zahn ausgeübte Kraft erstens durch den Abstand des Zahnes von der Gelenkachse, in der sich die RichtungThese disadvantages have led to the spindles with ball joint being replaced by a different type of spindle, so-called "multitude of spindles", to replace. This type of spindle - it is shown in Fig. 1 - has at each end an external gear rim, which is connected to an internal gear rim combs, which is attached to the end of the associated one of the two shafts to be connected. The tooth head and the Tooth flanks are arcuate in the longitudinal direction, which is the angular displacement the spindle in the inner ring gear makes possible and thus allows the spindle to move askew while the driving and the driven shaft remain axially parallel to each other. When the angle of inclination Is zero (i.e. the driving and the driven shaft are aligned), theoretically all teeth take part in the torque transmission part. But if the driving and driven shafts are not aligned, the spindle forms one with each of them Angle, and then only those teeth take part in the torque transmission that lie on the joint axis around which the Inclination of the wave changes. In practice, the teeth adjacent to this joint axis also take part in the torque transmission part because the teeth bend and their white material compresses. So it is the force exerted on a tooth, firstly through the distance of the tooth from the joint axis, in which the direction is
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der Wellen ändert, und zweitens von der Größe des Neigungswinkels zwischen der Spindel und den beiden Wellen abhängig.of the waves changes, and secondly on the size of the angle of inclination between the spindle and the two shafts.
Für eine Zwischenwelle (Spindel) gegebener Abmessungen, für ein gegebenes zu übertragendes Drehmoment wird es also einen gewissen Neigungswinkel geben, der nicht überschritten werden darf: Dies ist der Neigungswinkel bei Belastung. Andererseits ergibt selbst dann, wenn keine bedeutenden Drehmomente zu übertragen sind, die geometrische Form des Ganzen eine Grenze für den größten möglichen Richtungsänderungs-Winkel: Das ist der Neigungswinkel im Leerlauf.For an intermediate shaft (spindle) of given dimensions, for a given torque to be transmitted, it becomes one give a certain angle of inclination, which must not be exceeded: This is the angle of inclination under load. On the other hand results even if no significant torques are to be transmitted, the geometric shape of the whole is a limit largest possible angle of change of direction: This is the angle of inclination when idling.
Der Antrieb von Walzgerüsten geschieht stets über Untersetzungsgetriebe großen Raumbedarfs, eben weil die zu übertragenden Leistungen so groß sind. Es ist daher praktisch unmöglich, die Achsen der Ausgangs wellen der Untersetzungsgetriebe mit den Achsen der anzutreibenden Walzen zu fluchten. Daher hängt die Länge der erforderlichen Spindeln und infolgedessen der Gesamt-Platzbedarf der Antriebseinrichtung unmittelbar vom zulässigen Neigungswinkel der Spindel unter Belastung ab. Fig. 1 schließlich zeigt, daß die eigentliche Spindel an ihren Enden unmittelbar von den Spindelköpfen und nur mittelbar von den das Drehmoment übertragenden Zahnkränzen getragen wird. Dies zeigt also, daß, wenn die Länge und der Durchmesser der Spindel größer werden, Beanspruchungen durch das Eigengewicht der Spindel zu erfassen sind, die dem guten Verhalten des Ganzen schaden.Roll stands are always driven by reduction gears large space requirements, precisely because the services to be transferred are so great. It is therefore practically impossible to use the axles the output shafts of the reduction gears with the axes of the to align the rollers to be driven. Hence, the length depends on the required Spindles and, as a result, the total space requirement of the drive device directly from the permissible angle of inclination Spindle off under load. Fig. 1 finally shows that the actual spindle at its ends directly from the spindle heads and is only indirectly carried by the ring gears transmitting the torque. So this shows that if the length and the diameter the spindle become larger, stresses due to the dead weight of the spindle are to be recorded, which are the good behavior harm the whole.
Die Erfindung soll - bei sonst gleichem übertragenen Drehmo-The invention should - with otherwise the same transmitted torque
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ment - eine wesentliche Vergrößerung des zulässigen Neigungswinkels ermöglichen und die durch das Eigengewicht der Spindel hervorgerufenen Beanspruchungen der Zähne beseitigen.ment - a significant increase in the allowable angle of inclination and eliminate the stresses on the teeth caused by the weight of the spindle.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen zwei sich drehenden, einander wesentlich achsparallelen Wellen von veränderlichem Achsabstand durch eine Zwischenwelle, die an jedem Ende mit einem Bogenzahn-Kranz versehen ist, der mit einem zugehörigen Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der benachbarten Welle befestigt ist.The invention relates to a device for power transmission between two rotating, mutually essentially axially parallel shafts of variable center distance through an intermediate shaft, which is provided at each end with a curved tooth ring with a associated ring gear meshes, which at the end of the adjacent Shaft is attached.
Die Erfindung besteht darin, daß an jedem Ende die Verbindung . der Zwischenwelle mit der Welle erstens, um das Drehmoment zu übertragen, durch eine sich selbst einstellende Verbindungshülse mit zwei Zahnkränzen, deren einer mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz der benachbarten Welle und deren anderer mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz der Zwischenwelle kämmt, und zweitens, um das Gewicht der Zwischenwelle zu stützen, durch ein Kugelgelenk geschieht, von dessen beiden Bauteilen einer von der Welle gestützt wird und der andere die Zwischenwelle stützt.The invention consists in that at each end the connection. the intermediate shaft with the shaft first to increase the torque transferred, with a self-adjusting connecting sleeve two ring gears, one with an associated arch gear of the adjacent shaft and the other with an associated The ring gear of the intermediate shaft meshes, and secondly, to support the weight of the intermediate shaft, by means of a ball joint happens, of the two components of which one is supported by the shaft and the other supports the intermediate shaft.
Die Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten näher an einer als Beispiel gegebenen, in der Zeichnung dargestellten besonderen Ausführungsform beschrieben werden. Es zeigen:The invention will now be described in more detail in relation to a particular example given in the drawing Embodiment will be described. Show it:
Fig. 1 den bisher bekannten Stand der Technik,1 shows the prior art known so far,
Fig. 2 im Schnitt in Achs ebene eine erfindungsgemäß ausgeführteFig. 2 in section in the axial plane an embodied according to the invention
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Spindel nebst ihren Kupplungen mit der treibenden und mit der getriebenen Welle,Spindle and its couplings with the driving and driven shaft,
Fig. 3 in größerem Maßstab eine Einzelheit der Verbindung eines der Enden der Spindel mit der zugehörigen Velle.3 shows a detail of the connection on a larger scale one of the ends of the spindle with the associated shaft.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, dient die Spindel 1 dazu, eine Bewegung von der Welle 2 zu der Welle 3 zu übertragen. Da die Kupplungen der Spindel 1 mit der treibenden und mit der getriebenen Welle einander gleich sind, wird die nun folgende Beschreibung dieser Kupplung sich auf die in größerem Maßstab ausgeführte Fig. 3 stützen.As can be seen from FIG. 2, the spindle 1 serves to transmit a movement from the shaft 2 to the shaft 3. As the clutches the spindle 1 with the driving shaft and with the driven shaft are identical to one another, the following description will be of this The coupling is based on FIG. 3, which is shown on a larger scale.
Die Nabe 5 ist auf die Welle 2 aufgeschrumpft oder aufgekeilt. Sie trägt an ihrem Ende einen Außen-Zahnkranz 6; dieser Zahnkranz ist hier als unmittelbar in die Nabe eingeschnitten gezeichnet, aber könnte natürlich ebensogut durch einen gesonderten, auf der Nabe 5 angebrachten Zahnkranz gebildet sein. An der Nabe ist durch (nicht gezeichnete) Schrauben eine Platte 7 angebracht; diese enthält in ihrer Mitte eine Ausnehmung, in der der äußere Teil 8 eines Kugelpfannen-Lagers sitzt.The hub 5 is shrunk or keyed onto the shaft 2. It has an external ring gear 6 at its end; this ring gear is drawn here as being cut directly into the hub, but could of course just as well be replaced by a separate one on the hub 5 attached ring gear be formed. A plate 7 is attached to the hub by screws (not shown); this contains in its center has a recess in which the outer part 8 of a ball socket bearing sits.
Ebenso weist die Spindel 1 an ihrem Ende eine Nabe 10 auf, in die ein Außen-Zahnkranz 11 eingeschnitten ist. Ein Zapfen 13 ist in den inneren Teil 15 des Kugelgelenkes eingesteckt. Diesen Zapfen 13 sucht eine Feder 16 aus der Spindel 1 herauszuschieben. So gleitend ist der Zapfen nur an einem Ende der Spindel eingebaut: am anderen Ende ist der Zapfen fest eingebaut.At its end, the spindle 1 also has a hub 10 into which an external toothed ring 11 is cut. A pin 13 is inserted into the inner part 15 of the ball joint. A spring 16 seeks to push this pin 13 out of the spindle 1. So sliding the spigot is only built into one end of the spindle: the other At the end, the pin is permanently installed.
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Über die beiden mit der Welle und mit der Spindel verbundenen Naben 5 und 6 ist eine sich selbst einstellende zylindrische Verbindungshülse 18 gestülpt. Diese Verbindungshülse 18 ist mit zwei Innen-Zahnkränzen 19 und 20 versehen, die mit den Zahnkränzen 6 bzw. 11 kämmen. Diese zylindrische Verbindungshülse 18 ist an jedem ihrer Enden durch einen weichen Dichtungsring 23 abgeschlossen, der an der Hülse mit Ringen 24 und Schrauben 25 befestigt ist, die Dichtungsringe 23 stützen sich auf die Naben 5 und 10 ab.Over the two hubs 5 and 6 connected to the shaft and to the spindle is a self-adjusting cylindrical connecting sleeve 18 turned inside out. This connecting sleeve 18 is provided with two internal gear rings 19 and 20, which are connected to the gear rings 6 or 11 combs. This cylindrical connecting sleeve 18 is closed at each of its ends by a soft sealing ring 23, which is fastened to the sleeve with rings 24 and screws 25, the sealing rings 23 are supported on the hubs 5 and 10.
Die Zahnkränze 6 und 11 haben kugelige äußere Form, was ihnen eine Relativ-Winkelbewegung zwischen der Verbindungshülse 18 und am einen Ende der Nabe 5 und am anderen Ende der Nabe 10 ermöglicht. Unter der Wirkung des zu übertragenden Drehmomentes und dank geeigneter Wahl der geometrischen Merkmale der Verzahnung teilt sich, wenn die Spindel 1 mit der Welle 2 einen Winkel <*- bildet, diese Neigung in wesentlich zwei Hälften auf, und zwar eine Hälfte zwischen der Verbindungshülse 18 und der Nabe und die andere Hälfte zwischen der Hülse 18 und der Nabe 10, so daß von derThe ring gears 6 and 11 have a spherical outer shape, what allows them a relative angular movement between the connecting sleeve 18 and at one end of the hub 5 and at the other end of the hub 10. Under the effect of the torque to be transmitted and thanks to a suitable choice of the geometrical features of the toothing divides when the spindle 1 forms an angle <* - with the shaft 2, this inclination in essentially two halves, namely one half between the connecting sleeve 18 and the hub and the other Half between the sleeve 18 and the hub 10, so that of the
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ganzen Winkelverlag er ung die Hülse 18 einen Winkel -^- mit der Welle 2 und einen Winkel ^ mit der Spindel 1 bildet. Dies ermöglicht also bei gleichen Abmessungen und gleichem übertragenen Drehmoment einen zweimal größeren möglichen größten Neigungswinkel der Spindel als bei Anwendung einer Verzahnung einfacher herkömmlicher Art. Umgekehrt werden bei gegebenem Neigungswinkel und bei glei-.chem übertragenen Drehmoment die Ermüdungserscheinungen an jedem Zahnkranz kleiner, also der Verschleiß wenig schnell.Whole Winkelverlag he ung the sleeve 18 forms an angle - ^ - with the shaft 2 and an angle ^ with the spindle 1. With the same dimensions and the same transmitted torque, this enables a twice larger possible maximum angle of inclination of the spindle than when using a toothing of a simple conventional type not very fast.
Wie ersichtlich, wird in der hier beschriebenen erfindungsgemäßenAs can be seen, in the described here according to the invention
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Anordnung das Gewicht der Spindel nicht wie bei einer Spindel mit herkömmlicher Verzahnung von den Zähnen getragen, sondern von der Nabe 5 und der Nabe der ihr gegenüberliegenden Welle, und zwar mittels der Platte 7 und des Kugelgelenkes 8/15 getragen. Die Feder 16 gleicht, wenn der Neigungswinkel zwischen der Spindel und der Welle schwankt, die Schwankungen des Abstandes zwischen den beiden Naben 5 und 10 aus. Sie kann zusätzlich dazu dienen, den Spindelkopf zu halten, wenn dieser nicht mehr mit dem angetriebenen Wellenende durch die Verbindungshülse umfaßt ist; diese Funktion ist nützlich, wenn die Erfindung mit einer Vorrichtung zu schnellem Walzen-Ausbau vereinigt ist.Arrangement, the weight of the spindle is not borne by the teeth, as is the case with a spindle with conventional toothing, but by the hub 5 and the hub of the shaft opposite it, carried by means of the plate 7 and the ball joint 8/15. The spring 16, when the angle of inclination between the spindle and the shaft fluctuates, compensates for the fluctuations in the distance between the two hubs 5 and 10. It can also serve to hold the spindle head when it is no longer with the driven shaft end is encompassed by the connecting sleeve; this feature is useful when using the invention with a device is united to rapid roll removal.
Und wie auch erkennbar, ermöglichen die Dichtungsringe 23 gute Dichtheit der ganzen Verbindung von Spindel und Welle zu erreichen, wodurch die Schmierung dieses Teils der Kupplungseinrichtung erleichtert wird.And as can also be seen, the sealing rings 23 make it possible to achieve a good tightness of the entire connection between spindle and shaft, whereby the lubrication of this part of the coupling device is facilitated.
Die Erfindung ist nicht auf die hier als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt auch andere Ausführungsformen, die sich davon nur in Einzelheiten oder durch Ausführungs-Abwandlungen unterscheiden. So könnte man sich auch denken, die sich selbst einstellende Verbindungshülse im Inneren der Naben anzuordnen, also die Stellung der Innen- und der Außen-Zahnkränze zueinander gegenüber der beschriebenen Stellung umzukehren. Auch die Stellung des Innen- und des Außenteils des Kugelgelenkes sowie die Anordnung der gleitenden Welle könnte zwischen Spindel und Welle umgekehrt sein. Auch ließe sich denken, die Gleitfläche auf dem Außenumfang des Kugelgelenkes anzuordnen.The invention is not limited to the embodiment described here as an example, but also includes other embodiments, which differ from it only in details or through design modifications. One could also think so to arrange the self-adjusting connecting sleeve inside the hubs, i.e. the position of the inner and outer gears to reverse each other compared to the position described. Also the position of the inner and outer parts of the ball joint as well the arrangement of the sliding shaft could be reversed between the spindle and the shaft. One could also think of the sliding surface on the To arrange the outer circumference of the ball joint.
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