-
"Vorrichtung zum Fest spannen eines
-
fliegend gelagerten Rotationskörpers, insbesondere einer Walzscheibe
auf einer Antriebswelle" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festspannen
eines fliegend gelagerten Rotationskörpers, insbesondere einer Walzscheibe, auf
einer Antriebswelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es ist eine derartige
Festspannvorrichtung für die Richtrollen einer Rollenrichtmaschine bekannt (DT-OS
2 261 369), bei der das am Rotationskörper bzw. an der Richtrolle angreifende Spannmittel
aus umfangsverteilten Segmenten besteht, die unter dem Druck einer vorübergehend
hydraulisch gespannten Feder schräg von der Achse her gegen einen Spannring drücken,
über den die Richtrolle axial auf der Antriebswelle verspannt wird. In axialer Richtung
ist aber nur eine Komponente der von den Segmenten übertragenen Spannkraft wirksam.
Eine auf dem entgegen Federdruck hydraulisch axial verstellbaren Stirnzapfen befindliche
Mutter erlaubt es, das aus Segmenten bestehend Spannmittel in seiner lagemäßigen
Zuordnung zum Stirnzapfen zu j us tiereii.
-
Zum Stand der Technik gehört ferner eine Walze für Walzgerüste mit
einer Walzenspindel und mehreren auf der Walzenspindel angeordneten Walzenkörpern,
die ausschließlich durch Druckspannungen zwischen planparallelen Stirnflächen mit
der Walzenspindel in drehfester Verbindung gehalten sind, die durch Entspannen der
elastisch gelängten Walzenspindel entstehen. Diese Festspanrur von Walzscheiben
ausschließlich ijber Druckspannungen eignen sich besonders für Walzscheiben aus
Hartmetall, die keine
Spannungsanhäufungen aufgrund von Kerbwirkung
oder zu hohe Ringspannungenvertragen. Eine vorübergehend hydraulisch dehnbare Walzenspindel
ist im Rahren der Erfindung als gleichwirkend anzusehen mit einem entgegen Federdruck
hydraulisch axial verstellbaren Stirnzapfen einer Antriebswelle (DT-PS 1 286 490).
-
Auch ist das Festspannen von Walzringen mittels eines oder mehrerer
konischer Ringteile bekannt (US-PS 1 528 392), jedoch hat man bisher noch nicht
Sorge dafür getragen, einen schnelllaufenden Rotationsring spielfrei auf seiner
Antriebswele festzuspannen, um beispielsweise die Walzscheiben der Fertigstaffel
eines Drahtwalzwerkes bei den hier vorkommenden hohen Drehzahlen schlagfrei auf
der Antriebswelle festzulegen. Der bekannte Vorschlag, eine solche Walzscheibe über
eine aufweitbare Hülse drehfest mit der Antriebswelle festzuspannen, erfüllt die
Voraussetzungen einer absoluten Schlagfreiheit nicht.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum
Festspannen eines fliegend gelagerten Rotationskörpers zu schaffen, die nicht nur
einen spielfreien Sitz des Rotationskörpers auf der Antriebswelle sicherstellt,
sondern zugleich eine schnelles Lösen der Verspannung und das Abziehen des Rotationskörpers
von der Antriebswelle auf einfachste Art und Weise ermöglicht.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1. Hierdurch wird erreicht, daß das nachhaltig zwischen die Innenbohrung
des Rotationskörpers und eine Gegenfläche der Antriebswelle gedrückte konische Ringteil
nicht nur eine absolute Spielfreiheit sicherstellt, sondern bei genügend großer
axialer Druckkraft auch die drehfeste Verklemmung des Rotationskörpers bewirkt.
Durch die Kupplung des konischen Ringteils mit der axial verlagerbaren Mutter sowohl
in Spannals auch in Löserichtung wird erreicht, daß mit der gleichen hydraulischen
Spannvorrichtung nicht nur die Klemmkraft zur Herstellung einer spielfreien drehfesten
Verbindung des Rottiskörpers mit der Antriebswelle hergestellt wird, sondern zum
Freimachen
des Rotationskörpers der konische Ringteil auch in Löserichtung bewegt werden kann,
so daß allein durch Schalten eines hydraulischen Druckmittels bei stehender Antriebswelle
der Rotationskörper abgezogen und gewechselt werden kann.
-
Die Kupplung zwischen dem konischen Ringteil und der axial verlagerbaren
Mutter auf dem sich mit der Antriebswelle drehenden Stirnzapfen besteht zweckmäßig
aus einer bajonettartigen Klauenverzahnung sowohl an der Mutter als auch an dem
konischen Ringteil In Verbindung mit einer Anschlagfläche am Ringteil für die innere
Stirnfläche der Mutter zum Bewegen des konischen Ringteils in Klemnlage, wobei die
lagemäßige Zuordnung der Anschlagflächen und der bajonettartigen Klauenverzahnungen
eine derartige ist, daß bei Anschlaglage der beiden Flächen die ineinandergreifenden
Klauen Axialspiel haben. Die Klauenverzahnungen haben den Vorteil, daß bei der Montage
das konische Ringteil und die Mutter auf einfache Weise miteinander verbunden werden
können, wonach die Mutter mit dem übergeschobenen konischen Ringteil auf den Stirnzapfen
aufgeschraubt werden. Das Axialspiel zwischen den bajonettartigen Klauenverzahnungen
stellt sicher, daß beim Verspannen des Rotationskörpers durch Freisetzen der hydraulisch
vorgespannten Feder nur die stirnseitigenAnlageflächen der Mutter einerseits und
des konischen Ringteils andere seits zur Anlage kommen. Beim Lösen der Klemmverbindung
durch hydraulisches Verlagern der Mutter nach außen muß dann ein Axialspiel überwunden
werden, bevor die Klauenverzahnungen im Sinne einer Mitnahme des konischen Ringteils
wirksam werden.
-
Zweckmäßig ist das konische Ringteil an seinem Außenumfang zylindrisch,
womit auch die Innenbohrung des Rotationskörpers zylindrisch wird und die Gegenfläche
an der Antriebswelle konisch.
-
Grundsätzlich ist aber auch eine umgekehrte Ausführung denkbar, bei
der die Innenbohrung des Rotationskörpers konisch ist.
-
Soweit die Erfindung bisher beschrieben wurde, ist sie sowohl zum
Festspannen von Richtrollen oder Walzscheiben zu empfehlen, die häufig und in größerer
Anzahl gleichzeitg gewechselt werden müssen. In Fertigstaffeln für Drahtwalzwerke
setzt man häufig Walzscheiben aus Hartmetall ein, weil diese in Anbetracht der hohen
Drehzahl bzw. der großen Walzgeschwindigkeit einem besonderen Verschleiß unterliegen.
Solche Hartmetall-Walzscheiben sollten nicht über Keile drehfest mit der Antriebswelle
verbunden werden noch wäre die alleinige Verspannung über ein konisches Ringteil
im Sinne der bisher beschriebenen Erfindung ratsam, da eine zu hohe Ringspannung
in einer Hartmetall-Walzscheibe schädlich ist. Daner ist für Hartmetall-Walzscheiben
die Befestigung ausschließlich durch Druckspannung zwischen planparallelen Stirnflächen
zu empfehlen. In weiterer Ausgestaltundgerder Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
erhebt sich daher die Forderung, das konische Ringteil lediglich zur Einstellung
der Spielfreiheit heranzuziehen und die Vorrichtung gemäß der Erfindung dahingehend
weiterzubilden, über die hydraulisch gesteuerte Verlagerbarkeit der auf dem Stirnzapfen
sitzenden Mutter eine axiale Druckspannung in der Walzscheibe zu erzeugen, über
die die Walzscheibe drehfest mit der Antriebswelle in Verbindung gelangt, wie es
im Prinzip durch die DT-PS 1 286 490 vorgezeichnet ist.
-
Die Lösung dieser zusätzlichen Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 4. Hierbei sorgt die zwischen dem konischen Ringteil und
der Mutter eingesetzte Tellerfeder beim Freisetzen der durch hydraulischen Druck
vorübergehend erzeugten Federkraft dafür, daß das konische Ringteil bei einer Axialbewegung
der Mutter auf den Sitz der Walzscheibe zu nur mit einer geringen Kraft zwischen
die Innenbohrung der Walzscheibe und deren Sitzfläche auf der Antriebswelle eingedrückt
wird.
-
Diese Kraft hängt davon ab, wie hoch die zwischengeschaltete Tellerfeder
durch das Einschrauben der Mutter vorgespannt wurde.
-
Es ist daher über die Mutter elne Spanr2raft für das konische
Ringteil
einzustellen, die gerade ausreicht, den Sitz der Walzscheibe spielfrei zu machen,
ohne in der Walzscheibe wesentliche Ringspannungen zu erzeugen. Uber den zwischen
Mutter und Walzscheibe einsetzbaren geteilten Druckring erfolgt quasi in einem Überhub
der axial verlagerbaren Mutter das axiale Festspannen der Walzscheibe zwischen planparallelen
Stirnflächen.
-
Der Druckring stellt gleichzeitig das Kuppelteil zwischen dem konischen
Ringteil und der Mutter dar, um beim Lösen das konische Ringteil im Bereich des
Sitzes der Walzscheibe zu entlasten, wonach die Walzscheibe abgezogen werden kann.
Das konische Ringteil kann auch geschlitzt ausgeführt sein, damit sein Außendurchmesser
sich beim Lösen deutlich verringert und die Walzscheibe leicht über das Ringteil
abgezogen werden. Der zuvor abnehmbare und beim Verlagern der Mutter nach außen
drucklose Druckring kann aus zwei Ringhälften bestehen, die während des Betriebes
durch eine äußere ringförmige Zugfeder zusammengehalten werden, jedoch ist auch
die Bauart eines Klappringes mit zwei scharnierartig verbundenen Ringhälften und
einer S'chließvorrichtung denkbar.
-
Wie bisher beschrieben,ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Festspannen
eines fliegend gelagerten Rotationskörpers ausführbar mit einer hydraulischen Spannvorrichtung
für das Verlagern des äußeren Stirnzapfens sowie der Mutter der Antriebswelle gemäß
der DT-OS 2 261 369, bei der die vorübergehend hydraulisch spannbare Feder eine
aus mehreren Tellerfedern bestehende Druckfeder ist. In den Unteransprüchen 5 bis
7 ist eine Lösung angegeben, die auf der Verwendung eines an sich bekannten, hydraulisch
dehnbaren Zugankers beruht, der eine hohl ausgeführte Antriebswelle durchsetzt und
mit dieser umläuft. Bei dieser Art von Spanneinrichtung ist der Zuganker die vorübergehend
hydraulisch unter Spannung setzbare Feder, mit der die axiale Verlagerung des die
Mutter tragenden Stirnzapfens einhergeht. Für das Spannen des Zugankers ist eine
nicht mitdrehende hydraulische Spannvorrichtung an dem dem Sitz des Rotationskörpers
gegenüberliegenden Ende des Zugankers vorgesehen, wodurch die hydraulischen Druckleitungen
zu allen Antriebswellen eines Walzwerkes
oder einer Richtmaschine
fest verlegt werden können und die andere Seite frei ist, um eine Walzscheibe oder
eine Richtrolle zu wechseln.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Festklemmvorrichtungen
für Walzscheiben dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine im Bereich des Sitzes
einer Walzscheibe teilweise geschnittene Seitenansicht gegen ein die Lagerung einer
Antriebswelle enthaltenes Einbaustck, und Fig. 2 eine Vorrichtung zum axialen Festspannen
einer Walzscheibe aus Hartmetall gemäß der Erfindung in der Seitenansicht wie Fig.
1, jedoch im teilweisen Längsschnitt über die gesamte Länge der Vorrichtung.
-
Es seien zunächst die Teile aufgeführt, die das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 und dasjenige nach Fig. 2 gemeinsam haben.
-
In einem Lagergehäuse bzw. Einbaustück 1 ist eine hohl ausgeführte
Antriebswelle 2 in nicht näher dargestellter Weise drehbar gelagert und angetrieben.
Die Antriebswelle 2 ist von einem hohl ausgeführten Zuganker 3 durchsetzt, der auf
dem linken Ende eine Mutter 4 trägt. Von dieser Mutter 4 ist die hohle Antriebswelle
2 an einem Ende getragen, so daß die Antriebswelle mit dem Zuganker eine drehbare
Einheit bildet. Am Lagergehäuse 1 ist eine Hülse 5 befestigt, die am äußeren Ende
mit einer nach innen gerichteten Klauenverzahnung 5a versehen ist. Die Klauenverzahnung
5a bildet zusammen mit der nach außen gerichteten Klauenverzahnung 6a des Gehäuses
6 einer hydraulischen Spannvorrichtung eine Art Bajonettverschluß. Die hydraulische
Spannvorrichtung 6 enthält einen hydraulisch beaufschlagbaren Kolben 7 mit einer
Kolbenstange 8, die unter hydraulischem Druck gegen eine freiliegende Stirnfläche
eines Kernbolzens 9 vorsteuerbar ist, der in den Zuganker 3 eingesetzt ist und bis
zu einer
Bodenfläche am anderen Zugankerende reicht, die von einem
in den Zuganker eingeschraubten Verschlußbolzen 10 gebildet wird. Das Zugankerende
im Bereich des Verschlußstopfens 10 wird im folgenden als Stirnzapfen 3a bezeichnet.
-
An dieser Stelle sei der Vorgang des Spannens und Längens des Zugankerns
3 durch hydrauliscnen Druck wie folgt erläutert: Wenn der Kolben 7 der hydraulischen
Spannvorrichtung 6 mit Druck beaufschlagt und hierdurch die Kolbenstange 8 vorgesteuert
wird,überträgt sich die Druckkraft über den Kernbolzen 9 auf das andere Zugankerende,
indem der Kernbolzen 9 an der Bodenfläche des Verschlußstopfens 10 anschlägt. Da
der Zuganker 3 über die Mutter 4 axial festgelegt ist, indem eine nach außen gerichtete
Klauenverzahnung 4a gegen einen nach innen gerichteten Bund 5b der Hülse 5 anschlägt,
dehnt sich die rohrförmige Wandung des Zugankers 3 im elastischen Bereich um einige
Millimeter, so daß der Stirnzapfen 3a nach außen axial verlagert wird.
-
Wird der hydraulische Druck weggenommen, so sucht der Zuganker 3 sich
zu verkürzen, wodurch andere Teile unter Druckspannung gesetzt werden können. Die
beim Spannen gegen den Ringbund 5a anliegende Klauenverzahnung 4a der Mutter 4 dient
im übrigen dazu, den Zuganker 3 mit der aufgeschraubten Mutter 4 von links her durch
die Klauenverzahnung 5a der Hülse 5 einzuschieben.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt nun Einzelheiten der eigentlichen
Festklemmvorrichtung für eine Walzscheibe 12 aus Hartguß, die höhere Ringspannungen
verträgt. Von der Antriebswelle 2 ist eine konische Sitzfläche 2a zu sehen, über
die ein konisches Ringteil 13 unter der Spannkraft des Zugankers 3 eingeschoben
werden kann, um die mit einer zylindrischen Innenbohrung versehene Walzscheibe 12
radial festzuspannen. Hierzu trägt der Stirnzapfen 3a eine Mutter 14, die eine mit
einer ringförmigen Gegenfläche des konischen Ringteils 13 zusammenarbeitende Anschlagfläche
15 aufweist. Ferner ist sowohl an der Mutter eine bajonettartige Klauenverzahnung
14a als auch am konischen irteil 13 eine bajonettartige Klauenverzahnung 13a angeordnet,
über
die beide Teile im Sinne einer gemeinsamen Axialbewegung gekuppelt
werden können. Wie erkennbar, ist bei Anschlaglage der Stirnfläche 15 der Mutter
14 an der Gegenfläche des konischen Ringteils 13 der Ineinandergriff der Klauenverzahnungen
mit Axialspiel nach beiden Seiten hin behaftet.
-
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Walzscheiben-Festklemmvorrichtung
ist folgende: Bei der Montage wird zunächst die Mutter 14 mit dem über die Klauenverzahnungen
14a und 15a verriegelten konischen Ringteil 13 auf den Stirnzapfen 3a des Zugankers
3 aufgeschraubt. Hierbei schiebt die vordere Stirnfläche 15 der Mutter 14 das konische
Ringteil 13 vor sich her, bis dieses mit dem inneren Konus an der konischen Sitzfläche
2a der Welle 2 anliegt. Daraufhin kann die Walzscheibe 12 aufgeschoben werden, da
alle Spannteile einen kleineren Durchmesser haben als der Durchmesser der Innenbohrung
der Walzscheibe 12. Daraufhin wird der Kolben 7 der hydraulischen Spannvorrichtung
6 (Fig. 2) mit Drucköl beaufschlagt, woraufhin sich der Zuganker 3 in der bereits
beschriebenen Weise nach rechtE dehnt und sich der Stirnzapfen 3a mit der darauf
befindlichen Mutter 14 nach rechts verlagert. Daraufhin wird die Mutter 14 noch
einige Gänge weitergeschraubt, bis sich das konische Ringteil 13 in den konischen
Ringspalt zwischen der Innenbohrung der Walzscheibe 12 und dem konischen Sitz 2a
der Welle 2- eingefügt hat. Bei diesem Vorgang sind die vordere Stirnfläche 15 der
Mutter 14 sowie die ringförmige Gegenfläche des konischen Ringteils 13 in Kontakt.
Wenn nunmehr der hydraulische Druck in der Spannvorrichtung 6 abgelassen oder vermindert
wird, wird die in dem Zuganker 3 vorhandene Zugspannung frei, und der Zuganker versucht
sich zu verkürzen. Hierbei verlagert sich die Mutter 14 nach links und zwängt das
konische Ringteil 13 derart zwischen Sitzfläche 2a und Walzscheibe 12, daß diese
unter radialer Spannkraft drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist
Zum
Lösen der Walzscheibe 12 wird die hydraulische Spannvorrichtung 6 wiederum im Sinne
einer Längung des Zugankers 3 betätigt, jedoch muß ein höherer Druck eingestellt
werden als zuvor, da das Axialspiel zwischen der Klauenverzahnung 14a der Mutter
14 und der Klauenverzahnung 13a des konischen Ringteils 13 erst überwunden werden
muß, bevor eine Verlagerung der Mutter 14 nach rechts bei Zahn-auf-Zahn-Stellung
der Klauen die Kupplung zwischen der Mutter 14 und dem konischen Ringteil 13 wirksam
werden läßt in dem Sinne, daß das Ringteil 13 nach rechts mitgenommen wird. Wenn
hierdurch eine geringfügige Aufweitung des konischen Ringteils 13 rückgängig gemacht
ist, läßt sich die Walzscheibe 12 ohne weiteres abziehen.
-
Um sicherzustellen, daß die zum Lösen des konischen Ringteils erforderliche
Zahn-auf-Zahn-Stellung der bajonettartigen Klauen verzahnungen eingestellt ist,
können Vorkehrungen dafür getroffen werden, daß beim Einschrauben der Mutter 14
zusammen mit dem konischen Ringteil 13 durch Anschlag eine bestimmte Drehlage beider
Teile zueinander definiert ist.
-
Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist für Walzscheiben 12 aus Hartmetall
ausgelegt, die keine hohen Ringspannungen vertragen. Derartige Walzscheiben werden
daher mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ausschließlich über eine axiale Druckspannung
zwischen planparalleler Stirnflächen festgespannt. Damit die Wirkung des konischen
Ringteils 23 begrenzt ist auf die Herstellung einer möglichst großen Spielfreiheit
im Bereich des Sitzes der Walzscheibe 12, ist zwischen die Stirnfläche 25 der Mutter
24 und einer ringförmigen Gegenfläche des konischen Ringteils 23 eine Tellerfeder
27 eingesetzt. Zur Übertragung eines axialen Spanndruckes auf die Walzscheibe 12
von der Mutter 24 aus ist ein mindestens zweiteiliger Druckring 28 vorgesehen. Dieser
Druckring stellt über ein Paar von Ringbunden 28a und 28b eine axiale, mit Axialspielen
behaftete Kupplung zwischen dem konischen Ringteil 23 und der Mutter 24 dar.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 ist folgende: Wenn der
geteilte Druckring 28 entfernt ist, kann die Walzscheibe 12 ohne weiteres über die
Mutter 24 aufgeschoben werden, wenn zuvor das konische Ringteil 23 mit der Tellerfeder
27 und der Mutter 24 durch Einschrauben der Mutter etwa in die dargestellte Lage
gebracht worden sind. Daraufhin wird durch Betätigen der hydraulischen Spannvorrichtung
6 der Zuganker 3 gedehnt und damit die Mutter 24 nach rechts verlagert, wonach die
Mutter nachgestellt wird, um die Tellerfeder 27 gespannt zu halten.
-
Bei diesem Einschrauben der Mutter 24 wird über eine Lehre ein Abstand
der inneren Stirnfläche 24a der Mutter 24 von der äußeren Stirnfläche 12a der Walzscheibe
12 eingestellt, der etwas größer als die Breitenabmessung A des geteilten Druckringes
28 ist. Wird dieses Maß eingehalten, so läßt sich der geteilte Druckring in die
in Fig. 2 dargestellte Wirklage einfügen, wobei die nach innen gerichteten Ringbunde
28a und 28b des Druckringes 28 in die zugehörigen Ringnuten des konischen Ringteils
23 einerseits und der Mutter 24 andererseits eingreifen und so eine Kupplung zwischen
diesen beiden Teilen herstellen. Wird nunmehr der hydraulische Druck in der Spannvorrichtung
6 abgelassen oder vermindert, verkürzt sich der Zuganker 3, womit sich die Mutter
24 axial nach links verlagert und die Spannkraft des Zugankers sich über die Stirnfläche
24a und den geteilten Druckring 28 auf die äußere Stirnfläche 12a der Walzscheibe
12 auswirkt, Ein axiales Spiel im Bereich des Ringbundes 28a stellt sicher, daß
das konische Ringteil 23 unter der Wirkung der Tellerfeder 27 nachhaltig nach links
gedrückt wird, um die Spielfreiheit des Sitzes der Walzscheibe 12 auch dann sicherzustellen,
wenn sich die Walzscheibe bei erhöhter Temperatur mehr aufweitet als das konische
Ringteil 23.
-
Der Konuswinkel des Ringteils 23 ist so groß, daß das konische Ringteil
entgegen der Kraft der Tellerfeder 27 nach rechts wandern kann, wenn sich die Walzscheibe
12 abkühlt und wieder zusammenzieht.
-
Zum Lösen wird auch bei der Vorrichtung nach Fig. 2 der Zuganker 3
wiederum hydraulisch gedehnt, wobei sich die Mutter 24 nach rechts verlagert. Nach
einem Ausgleich der axialen Spiele im Bereich der nach innen gerichteten Ringbunde
28a, 28b wirkt der Druckring 28 als Kupplungsglied zwischen der Mutter 24 und dem
konischen Ringteil 23, so daß dieses aus seiner Wirklage herausgezogen wird. Je
nach der Größe der Axialspiele im Bereich der Ringbunde 28a und 28b ist zum Lösen
ein höherer hydraulischer Druck bzw. eine größere Zugankerdehnung erforderals lich
zuvor beim Herstellen der Spannverbindung für die Walzscheibe 12.
-
Nach Entfernen des drucklosen Druckringes 28 kann die Walzscheibe
12 ohne weiteres abgezogen und ausgewechselt werden.
-
Der geteilte Druckring 28 wird zweckmäßig durch eine über seinen Umfang
gelegte Zugfeder zusammengehalten oder als Gelenkring ausgebildet, damit er nicht
abfällt, wenn beim Längen des Zugankers die von ihm übertragene Druckkraft aufhört.
-
Leerseite