DE2848510C2 - Antriebswelle zwischen Motor und schweren Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß die ,Druckkammer (18) zentral in der Achse der Antriebswelle (10) angeordnet ist.

— daß die Summe der thermischen Ausdehnung des inneren Wellenglieds (16) und des Druckmediums geringer ist als die thermische Ausdehnung des äußeren Wellenglieds (12), und

— daß die Druckerzeugungsvorrichtung konzentrisch zur Druckkammer (WQ in der Antriebswelle (10) angeordnet ist und aus Kolben (23), Dichtringen (21) und Gewindeverstellglied (20) besteht

2. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen Wolfram-Karbid aufweisen.

3. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) der Druckerzeugungsvorrichtung einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist als die Druckkammer (18).

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle zwischen Motor und schweren Arbeitsmaschinen, mit einer Drehmomentbegrenzung in Gestalt einer durch Druckmittel dehnbaren Reibungskupplung, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Wellenglied, zwischen denen Reibbeläge angeordnet sind, wobei die Reibungskupplung aus einer Druckkammer mit Füllkörper, einer regelbaren Druckerzeugungsvorrichtung, die mit der Druckkammer verbunden ist, und einer Ausdehnungszone besteht

Eine derartige Drehmomentbegrenzung in einer Welle zeigt die GB-PS 4 29 259. Es werden jedoch dort keine Maßnahmen vorgesehen, die es der Antriebswelle ermöglichen, bei anomalen Drehmomenten sich selbst zu lösen. Auch werden thermische Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauteile nicht berücksichtigt. Bei schweren Bandwalzwerken läßt sich deshalb eine derartige Antriebswelle nicht einsetzen.

Die DE-PS 9 21 182 betrifft eine Verbindung zweier sich konzentrisch umschließender Elemente, von denen das innere hohl und unter elastischer Formänderung mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch dehnbar ist. Das hohle Element ist dabei in für Einsätze von Spannfuttern bekannter Weise auf der Innen- und Außenseite mit achsparallelen radial nicht durchgehenden Einschnitten versehen.

Es sind weiter sog. Dehndorne bekannt, wie z. B. aus dem Aufsatz »Dehndorne, Anwendung und Berechnung« in der Zeitschrift »Konstruktion« 1951,

S. 329-332hervorgeht

Bei der Übertragung einer Antriebsdrehkraft auf eine Arbeitsmaschine, die eine oder mehrere Rollen aufweist, wobei zwischen dem Werkstück und der oder den Rollen der.Maschine bestehende hohe Normalkräfte das Auftreten von relativem Schlupf verhindern; ergibt sich unter bestimmten Bedingungen häufig das Problem, daß das Antriebssystem aufgrund von sich ausbildenden Torsions-Aufwindkräften versagt Zum Beispiel haben

ίο sich bereits durch das Versagen von Antriebswellen £Toße Schwierigkeiten ergeben, wobei diese Wellen für Rollenrichtmaschinen verwendet werden, die relativ dicke lange Metallbänder bearbeiten, und wobei die Größe der Antriebswellen aufgrund der Größe, Anzahl und dichten Anordnung der Richtrollen stark eingeschränktist

In einem solchen Anwendungsfall werden die Torsions-Aufwindkräfte erzeugt wenn die einen relativ kleinen Durchmesser aufweisenden Walzen das relativ schwere Metallband richten, und zwar wegen des hohen Reibwerts und des hohen Drucks der Walzen auf das Band, wenn das Band gezwungen wird, eine sinusförmige Bahn durch die Richtmaschine zu beschreiben. Im Fall eines langen Mc-iallbands kann keine Entlastung von diesen Aufwindkräften erfolgen, bevor die Antriebswelle versagt

Ein ähnlicher Zustand tritt ein, wenn Klemmrollen von einem einzigen Motor über ein Getriebe getrieben werden, das bewirkt daß jede Rolle des Klemmrollen paars sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht Wenn die Rollen unterschiedliche Durchmesser haben, müssen sie mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen, wodurch ein Torsions-Aufwinden des Antriebs bewirkt wird, das häufig im Versa- gen eines Antriebsbauteils resultiert wenn die Rollen durch die Größe der Normalkraft «ad den Reibwert gegen Schlupf gehalten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle zwischen Motor und schweren Arbeitsma- schinen der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß zwar die Übertragung einer erforderlichen Drehkraft möglich ist, jedoch bei Auftreten unzulässiger Drehkräfte eine sichere Selbstentlastung eintritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angeführten Maßnahmen gelöst. Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Die erfindungsgemäße Antriebswelle läßt sich mit Er-

folg beim Antrieb von Maschinen einsetzen, die nachgewalztes Bandmetall bearbeiten, z. B. Rollenrichtmaschinen, einmotorengetriebene Doppelklemmrollen, einmotorengetriebene Mehrrollen-Kantvorrichtungen, einmotorengetriebene Mehrrollen-Zugrichtantriebe und alle derartigen Maschinen, bei denen zwischen den einzelnen Rollengeschwindigkeiten Unterschiede bestehen können aufgrund tatsächlicher Rollen- oder Getriebedurchmesserunterschiede oder aufgrund sich ändernder Geschwindigkeiten infolge der Auswirkung der Metall banddicke auf dem effektiven Rollenradius.

Die Zeichnungen zeigen erfindungsgemäßc Ausführungsbeispiele der Antriebswelle. Es zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht der Antriebswelle; F i g. 2 eine Schnittansicht 2-2 nach F i g. 1:

F i g. 3 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht eines /.weilen Ausführungsbeispiels; und

F i g. 4 eine Schnittansicht 4-4 nach F i g. 3. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Welle 10, die eine An-

lriebskraft von ihrem einen Ende, das mit einem Getriebe oder einem Motor verbunden ist, zu ihrem anderen Ende, das mit einem benachbarten Ende einer Rolle, z. B. einer Walze zum Richten von mittelstarkem langem Kohlenstoffstahlband, verbunden ist, überträgt Üblicherweise erfolgen diese Verbindungen durch Kupplungen (niciii gezeigt).

Die Antriebswelle 10 umfaßt ein relativ starkes äußeres kreisrundes Metallglied 12, z. B. aus Bronze, mit einer in axialer Richtung verlaufenden Teilöffnung 14, in der ein inneres Wellengiied 16 aufnehmbar ist, das aus einem in bezug auf das äußere Wellenglied verschiedenen, relativ starken Metall, z. B. Walzstahl oder Stahlguß, besteht Der Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Wellenglieds liegt bei 12 - 1,8 μΐη/πι^ο0, und derjenige des inneren Wellenglieds bei 6,5 · 1, 8μητ/ m°C Die äußeren Enden dieser Wellenglieder weisen Ansätze auf zur Verbindung entweder mit der Antriebseinheit, z. B. einem Motor, oder der getriebenen Last, z. B. einer Richtrclle. Das innere Wellenglied 16 ist innen mit einer axial verlaufenden Kammer 18 ausgebildet, die einen Abschnitt mit größerem Durchmesser hat der mittig in bezug auf die Antriebswelle liegt Die Kammer 18 verläuft von dem inneren Wellenglied 16 nach rechts (in F i g. 1 gesehen), wo sie von einer verstellbaren Gewindestelleinheit 20 verschlossen ist die längs der Gesamtlänge des äußeren Gewindeabschnitts 22 der Kammer 18 verschiebbar ist Die Gewindestelleinheit 20 verschiebt einen Kolben 23, der zwei Dichtungsringe 21 aufweist Das innere Ende des Kolbens 23 weist eine ebene Fläche 25 auf, die gegen ein Druckmittel wirkt

Ein relativ inkompressibles, aus starkem Metall bestehendes Füllstück 24 ist in dem größeren und mittigen Abschnitt der Kammer 18 angeordnet und verringert das Volumen des Druckmittels, das erforderlich ist, um eine kontrollierte Ausdehnung des Mittenabschnitts des Wellenglieds 16 zu bewirken. Durch Verminderung des Gesamtvolumens des zum Füllen der Kammer 18 erforderlichen Mediums ermöglicht das Füllstück 24 eine beträchtliche Änderung des Gesamtdrucks des Druckmittels durch das Druckmittelvolumen, das beim Verstellen der Gewindestelleinheit 20 verdrängbar ist. Das Druckmittel kann von verschiedener Art sein, z. B. Wasser, wasserlösliches öl, Glyzerin, etwa reines Glyzerin in reinem Wasser, oder Quecksilber, je nach den Betriebseigenschaften, die in bezug; auf die Kompressibilität des Druckmittels und seinen Wärmeausdehnungskoeffizienten relativ zu den bestimmten erwünschten Eigenschaften der Antriebswelle und den Betriebsbedingungen erwünscht sind.

Im Vergleich zu reinem Wasser sollte das Druckmittel eine geringere Volumenabnahme aufweisen, und bei einer Temperaturänderung erfährt es eine Volumenänderung pro Volumeneinheit die etwa derjenigen von reinem Wasser pro Volumeneinheit bei der gleichen Temperaturänderung entspricht. Bei den dargestellten Antriebswellen nach den Fi g, 1—4 wird als Druckübertragungsmittel wasserlösliches öl im Verhältnis von ca. 5 Voiumenteilen Wasser zu 1 Volumenteil öl verwendet, und dieses Druckmittel hat befriedigende Kompressibilitäts- und Wärmeausdehnungseigenschaften bei Verwendung in Antriebswellen, deren inneres Wellengiied aus Stahl und deren äußeres Wellenglied aus Bronze besteht; solche Antrieöswellen haben sich für bestimmte Rollenrichtvorgänge bei Kohlenstoffstahlband als befriedigend erwiesen.

Es ist zu beachten, daß zwischen den Ausdehnungseigenschaften des Druckmittels und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des äußeren Wellengiieds 12 eine gegenseitige Abhängigkeit besteht, so daß der Gesamtbetrag der Wärmeausdehnung des Druckmittels und des Wärmeausdehnungskoef&denten des inneren Wellenglieds 16 geringer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Glieds 12 ist Bei Beachtung dieser gegenseitigen Abhängigkeit wird sichergestellt daß die Wellenanordnung eine bestimmte Drehkraft innerhalb

ίο eines vorgegebenen Bereichs erzeugt Wenn die oben angegebenen Werte der Wärmeausdehnungskoeffizienten für das äußere und das innere Wellengiied 12 bzw. 16 verwendet werden und als Druckmittel wasserlösliches Öl benutzt wird, beträgt die Gesamtwärmeausdehnung des Druckmittels und des inneren Wellenglieds 8,7 · 13 um/m°C, während der Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Wellenglieds 12 · 1,8 nm/m°C beträgt Innerhalb des wirksamen Versu. Bereichs der Gewindesteiieinheit 20 in bezug auf die Kompressibilität

des Druckmittels, das z. B. wasserlösliches Öl ist kann bei der Erfindung das Druckmittel mit einer Kraft von mehr als ca. 421,8 kp/cm² beaufschlagt werden. Ferner ist zu bez-hten, daß innerhalb der hier erläuterten Parameter das wasserlösliche öl eine Kompressibilitätscharakteristik hat die die Erzeugung eines sehr hohen Drucks mit einer sehr kleinen Volumenänderung des Druckmittels erlaubt Ferner ist die Kompressibilität des Druckmittels wie wasserlösliches öl derart daß die Gewindeverstelleinheit 20 und ihre das Druckmittel berührende Fläche 25 relativ klein gehalten werden können und gleichzeitig die Ausbildung relativ hoher Drükke im Druckmittel mit geringen Drehkrafterfordernissen für die Verstellung der Gewindestelleinheit erlauben.

Zwischen den mittig sich berührenden Flächen des äußeren und des inneren Wellenglieds 12 und 16 fet eine Fläche mit relativ hohem Reibwert vorgesehen, z. B. ein Bremsbelag 26 (vgl. die F i g. 1 und 2) oder eine präparierte metallische Oberfläche 32 (vgl. die F i g. 3 und 4).

Mehrere der handelsüblichen Beläge sind hierfür verwendbar, z. B. ein unter dem Handelsnamen Orey Rock RM 4020 vertriebener Belag der Firma Raybestos Manhattan. Der Bremsbelag 26 ist in Form von Viertelkreisen angeordnet und zwischen radialen Vorsprüngen 28 des inneren Wellenglieds 16 aufgenommen. Es ist zu beachten, daß das linke Ende der Kammer 18 (in F i g. 1 gesehen) durch ein Teil 30 abgedichtet ist Um eine genaue und schnelle Messung des Druckmittels zu ermöglichen, ist eine Meßöffnung 35 vorgesehen, die in der Kammer 18 des inneren Glieds 16 vom Kolben 23 einwärts ..dsgebildet und mit Atmosphäre verbunden ist

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 wird anstelle eines Bremsbelags in solchen Fällen, in denen eine wesentlich höhere Gesamtreibung bei relativ gleichem Druckmitteldruck erwünscht ist, eine metallische Kontaktfläche 32 verwendet Diese metallische Kontaktfläche ermöglicht die Ausbildung einer hohen Normalkraft zwischen den Kontaktflächen bei relativ niedrigem innerem Druckmitteldruck aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls bei der Kompression der metallischen Kontaktflächen im Vergleich mit der Einheitskompressibilität des Bremsbelags. Die Wahl des Werkstoffs für die innere und die äußere Fläche bei einem bestimmten Drehkraftbetrieb kann auch die Verwendung einer Beschichtung auf der einen oder der anderen der beiden Kontaktflächen erfordern. Eine Beschichtung wie Wolframkarbid bei Wirken gegen eine Hartstahlfläche mit einer Rockwellhärte von 40 B erzeugt

einen erwünschten Reibungs- und Verschleißwert und erwünschte Betriebsgüte. Mit Ausnahme der unterschiedlichen Ausbildung der Kontaktflächen ist die Antriebswelle 33 nach den F i g. 3 und 4 im wesentlichen gleich derjenigen nach den F i g. 1 und 2.

Im Betrieb wird, in Abhängigkeit von den zulässigen und sicheren Drehkrafteigenschaften der Antriebswellen 10 und 33, das durch die Kammer 18 eingeführte Druckmittel auf den erforderlichen Anfangswert gebracht, indem die Gewindestelleinheit 20 verstellt wird. Der tatsächlich erforderliche Druck, der eine Funktion der Passungstoleranz zwischen dem inneren und dem äußeren WeUenglied ist, aber erwünschterweise bei der Anordnung nach Fig. 1 zwischen 281 und 421 kp/cm² liegt, wird durch Messen des Durchmessers des äußeren VVcüengiieds oder durch eine tatsächliche Prüfung der von der Welle erzeugten Drehkraft beim Auftreten einer Relativbewegung zwischen dem inneren und dem äußeren WeUenglied bestimmt

Der verstellbare und kontrollierte Druck in der dichten Kammer 18 erzeugt eine kontrollierbare Reibkraft zwischen dem inneren und dem äußeren WeUenglied 12 und 16 durch den Bremsbelag 26 oder die Wolframkarbidbeschichtung 32 oder den metallischen Flächenkontakt in bezug auf die höchste erwünschte Drehkraftka- pazität, z. B. bei den Rollentrieben einer 635 cm-Rollenrichtmaschine, bei dfr diese erwünschte Kapazität ca. 5760 cm · kg beträgt. Beim Oberschreiten dieses höchsten Drehkraftwerts gestattet der Bremsbelag oder die Wolframkarbidbeschichtung oder die Metallfläche einen Schlupf oder eine relative Drehbewegung zwischen dem inneren WeUenglied 16 und dem äußeren WeUenglied 12, wodurch die Wellenanordnung von übermäßig hohen und unzulässigen Drehkräften entlastet wird. Es ist zu beachten, daß die Drehkrafthöchstwerte und der Schlupf-Drehkraftwert leicht durch Einstellen des Druckmitteldrucks einstellbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Antriebswelle zwischen Motor und schweren Arbeitsmaschinen, mit einer Drehmomentbegrenzung in Gestalt einer durch Druckmittel dehnbaren Reibungskupplung, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Wellenglied, zwischen denen Reibbeläge angeordnet sind, wobei die Reibungskupplung aus einer Druckkammer mit Füllkörper, einer regelbaren Druckerzeugungsvorrichtung, die mit der Druckkammer verbunden ist, und einer Ausdehnungszone besteht,