DE3701680A1 - Schnellspannvorrichtung fuer ringkoerper auf dem freien ende einer fliegend gelagerten antriebswelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellspannvorrichtung für Ringkörper, wie Walzringe, Richtrollen oder dergleichen, auf dem freien Ende von fliegend gelagerten Antriebswellen, bei welcher der Ringkörper koaxial auf eine Hülse geschoben und durch diese mit der Antriebswelle verbunden ist, und bei welcher der Ringkörper ohne radiales Spiel zwischen planpa­ rallelen Spannflächen liegt, die durch ausschließlich axial wirksame Spannmittel gegen die einander abgewendeten Stirn­ flächen des Ringkörpers preßbar sind.

Schnellspannvorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind, bspw. durch die DE-A-28 32 966 und die EP-A-00 99 073, be­ reits bekannt. Sie werden hauptsächlich bei sogenannten Kompakt-Walzgerüsten zur Festlegung der fliegend gelagerten Walzringe auf den Antriebswellen oder aber bei Richtmaschi­ nen zur Festlegung der fliegend gelagerten Richtrollen auf den Richtwellen benutzt.

Die zur drehsicheren Festlegung der Ringkörper auf den An­ triebswellen notwendigen axialen Spannkräfte werden bei den bekannten Schnellspannvorrichtungen durch Spannmittel her­ vorgebracht, die jeweils ihr Widerlager unmittelbar an der betreffenden Antriebswelle haben, so daß die Antriebswelle auch unmittelbar an der Aufbringung der notwendigen Spann­ kräfte beteiligt ist.

Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß bei den bekannten Schnellspannvorrichtungen der eingangs spezifizierten Art die optimale Festlegung der Ringkörper auf der Antriebswelle zwischen den planparallelen Spannflächen nach dem Wirksam­ werden der Spannmittel erst verzögert eintritt und daher eine gewisse Wirkzeit des Spannmittels nötig ist, um den jeweiligen Spannvorgang endgültig abzuschließen.

Um diese funktionsnotwendige Wirkzeit der Spannmittel ver­ längert sich dabei jeweils der Wechselvorgang der einzelnen Ringkörper, woraus dann entsprechend verlängerte Still­ standszeiten des Walzwerks bzw. der Richtmaschine resultie­ ren, die den Produktionsausfall erhöhen.

Ziel der Erfindung ist es, die bei den bekannten Schnell­ spannvorrichtungen noch bestehenden Unzulänglichkeiten aus­ zuräumen, also den Wechsel der Ringkörper zu vereinfachen und zu erleichtern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schnellspannvorrichtung der angegebenen Gat­ tung zu schaffen, die ein einfaches axiales Aufstecken und Abziehen der jeweiligen Ringkörper relativ zur Antriebswelle ermöglicht und dabei nur eine einfache axiale Lagensicherung derselben auf der Antriebswelle erfordert, trotzdem aber im Betrieb eine wirksame Festlegung der Ringkörper auf der sie tragenden Spannhülse und zwischen den planparallelen Spann­ flächen gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1, dadurch erreicht,
daß die eine Spannfläche unmittelbar an einem Flansch oder einer Schulter am hinteren Ende der Hülse ausgebildet ist,
daß die Hülse eine Länge aufweist, die wesentlich größer als die maximale Breite des Ringkörpers bemessen ist,
daß die zweite Spannfläche an einem Flansch oder einer Schulter eines auf die Hülse koaxial aufgesteckten Druck­ rings vorgesehen ist,
daß der Druckring über ein an der Hülse angreifendes Spann­ mittel axial gegen den auf der Hülse sitzenden Ringkörper preßbar ist,
und daß die Hülse einerseits in Drehrichtung formschlüssig auf die Antriebswelle steckbar sowie in Axialrichtung kraft­ schlüssig auf dieser festlegbar ist.

Aufgrund dieser Maßnahmen ist es zur Durchführung eines Wechselvorgangs für jeden Ringkörper lediglich notwendig, das die axial kraftschlüssige Festlegung der Hülse auf der Antriebswelle bewirkende Spannmittel zu lösen, dann den Ringkörper mit der ihn tragenden Hülse auszutauschen sowie schließlich das Spannmittel an der Antriebswelle wieder in Wirkstellung zu bringen.

Alle weiteren Maßnahme, die zur Festlegung des Ringkörpers auf der Hülse und zwischen dem planparallelen Spannflächen notwendig sind, können in diesem Falle unabhängig vom jewei­ ligen Wechselvorgang, also an einem von der Antriebswelle entfernten Arbeitsplatz - in der Werkstatt - durchgeführt werden und beeinträchtigen folglich den eigentlichen Wech­ selvorgang nicht.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich bei der erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung einer Schnellspannvorrichtung, daß bei den in der Werkstatt erfolgenden Montagearbeiten gemäß Anspruch 2 die Hülse erwärmbar und/oder der Druckring unterkühlbar ist, weil hierdurch eine optimale Festlegung der Ringkörper zwischen den planparallelen Spannflächen von Hülse und Druckring ermöglicht werden kann. Wenn nämlich nach Durchführung des jeweiligen Montagevorgangs die Hülse und der Druckring wieder die normale Umgebungstemperatur erreicht haben, kommen völlig selbsttätig sehr hohe und gleichmäßige Spannkräfte zur Wirkung.

Für die Erzielung einer optimalen thermischen Spannwirkung hat es sich nach der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, wenn gemäß Anspruch 3 auch der Druckring eine Länge aufweist, die mindestens gleich der maximalen Breite des Ringkörpers be­ messen ist. Die sich beim Unterkühlen des Ringkörpers gegen­ über der normalen Umgebungstemperatur einstellende Längen­ differenz wirkt sich nämlich um so mehr aus, je länger der Druckring bemessen ist. Dieser Umstand ist aber wiederum der Erzielung einer optimalen Spannwirkung zuträglich.

Damit eine einfache und sichere Zentrierung der Ringkörper auf der Antriebswelle herbeigeführt werden kann, sobald die Schnellspannvorrichtung betätigt wird, ist nach Anspruch 4 vorgesehen, daß die Hülse im Einbaubereich des Ringkörpers mit einem Innenkonus versehen und auf einen dazu passenden Außenkonus der Antriebswelle axial aufpreßbar ist.

Die Erfindung sieht gemäß Anspruch 5 weiterhin vor, daß die Hülse an ihrem vorderen Ende einen Ringflansch trägt, an dem ein axial wirksames Spannglied angreift, das am freien Ende der Antriebswelle sein Widerlager hat bzw. seinen Stützein­ griff aufweist.

Gemäß Anspruch 6 kann dabei dieses Spannglied eine von der Antriebswelle lösbare Mutter oder ein Bajonettverschluß- Kopfstück sein, die oder das eine gegen den Ringflansch der Hülse beaufschlagbare hydraulischen Spannvorrichtung ent­ hält. Nachdem die Hülse mit dem von ihr getragenen Ringkör­ per axial auf die Antriebswelle gesteckt ist, braucht zu­ nächst nur die Mutter oder das Bajonettverschluß-Kopfstück mit dem freien Ende der Antriebswelle so gekuppelt zu wer­ den, daß die hydraulisch beaufschlagbare Spannvorrichtung die Hülse mit ihrem Innenkonus axial auf den passenden Au­ ßenkonus der Antriebswelle drückt. Hiernach kann dann die hydraulische Spannvorrichtung wieder gelockert werden, damit sich die Mutter oder das Bajonettverschluß-Kopfstück in ihre bzw. seine wirksame Endstellung bringen läßt. Zur Sicherung dieser Endstellung läßt sich dann gegebenenfalls die hydrau­ lische Spannvorrichtung wiederum unter Druck setzen.

Nach Anspruch 7 ist erfindungsgemäß weiterhin in Vorschlag gebracht, daß im Ringflansch der Hülse ein gegen eine Ring- Stirnfläche der Antriebswelle beaufschlagbarer hydraulischer Druckerzeuger untergebracht ist. Dieser macht es möglich, nach dem Lösen der Mutter bzw. des Bajonettverschluß-Kopf­ stücks die Hülse mit dem darauf sitzenden Ringkörper in Axialrichtung mit ihrem Innenkonus vom Außenkonus der An­ triebswelle abzudrücken.

Die formschlüssige Kupplung zwischen der Hülse und der An­ triebswelle besteht nach dem Vorschlag des Patentanspruchs 8 erfindungsgemäß aus ineinandergreifende Umfangsverzahnungen.

Da die axiale Spannkraft zwischen den planparallelen Spann­ flächen der Hülse und des zugehörigen Druckrings durch deren thermische Vorbehandlung aufgebracht werden können, ist nach Anspruch 9 vorgesehen, daß erfindungsgemäß die axiale Spann­ vorrichtung zwischen der Hülse und dem Druckring lediglich aus einer Ringmutter besteht.

In baulicher Hinsicht hat es sich schließlich bewährt, wenn gemäß Anspruch 10 der Ringflansch mit der Hülse lösbar, z.B. durch Schrauben, verbunden ist. Ringflansch und Hülse können jedoch auch einstückig hergestellt werden, wenn sich das als zweckmäßig erweist.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei­ spiel einer Schnellspannvorrichtung für Ringkörper auf dem freien Ende einer fliegend gelagerten Antriebswelle im Längsschnitt.

In der Zeichnung ist als Anwendungsbeispiel für eine Schnellspannvorrichtung 1 die fliegend gelagerte Antriebs­ welle 2 eines sogenannten Fertigblock-Walzgerüstes darge­ stellt, die als Ringkörper 3 einen Walzring trägt (verglei­ che untere Darstellung des Ringkörpers 3).

Bei der Antriebswelle 2 kann es sich ebenso gut aber auch um eine Richtwelle für eine Richtmaschine handeln, auf der dann anstelle des Walzringes eine Richtrolle sitzt (vergleiche obere Darstellung des Ringkörpers 3).

In jedem Falle weist das fliegend gelagerte Ende der An­ triebswelle 2 einen außerhalb des Lagerschildes liegenden, abgesetzten Außenkonus 4 auf, an den sich wiederum ein abge­ setzter Zapfenabschnitt 5 anschließt, der über seinen mitt­ leren Längenbereich hinweg eine Umfangsverzahnung 6 mit achsparallel verlaufendem Zahnprofil trägt. An den Zapfenab­ schnitt 5 schließt sich wiederum ein in seinem Durchmesser abgesetzter Zapfenabschnitt 7 an, der an seinem vorderen Ende mit einem Außengewinde 8 versehen ist. Im Übergangsbe­ reich zwischen den beiden Zapfenabschnitten 5 und 7 weist die Antriebswelle 2 eine planparallele Stirnfläche 9 auf.

Der Ringkörper 3 ist mit seinem Innenumfang 10 passend, vorzugsweise spielfrei in Axialrichtung auf eine Hülse 11 aufgesteckt, die an ihrem hinteren Ende einen radial nach auswärts gerichteten Flansch bzw. eine Schulter 12 aufweist, der bzw. die wiederum mit einer planparallelen Spannfläche 13 versehen ist.

Die Länge 14 der Hülse 11 zwischen der Spannfläche 13 und ihrem vorderen Ende entspricht einem Mehrfachen, vorzugswei­ se etwa dem Dreifachen, der maximalen Dicke 15 des Ringkör­ pers 3, wobei auf den vom Ringkörper 3 nicht beanspruchten Längenabschnitt ein Druckring 16 axial aufgesteckt werden kann, der an einem radial auswärts gerichteten Flansch bzw. an einer Schulter 17 mit einer Spannfläche 18 versehen ist. Der Druckring 16 paßt dabei vorzugsweise mit minimalem ra­ dialem Spiel auf den Außenumfang der Hülse 11. Zwischen der Hülse 11 und dem Druckring 16 kann als Verdrehsicherung eine Paßfeder 32 eingesetzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, den Druckring 16 mit dem Ringkörper 3 zu verkleben.

Auf den Druckring 16 wirkt unter Zwischenschaltung eines Distanzrings 19 eine Ringmutter 20 ein, die wiederum auf ein Außengewinde 21 der Hülse 11 schraubbar ist. Über die Ring­ mutter 20 kann also der Druckring 16 axial verspannt werden, so daß sie mit ihrer Spannfläche 18 gegen die benachbarte Stirnfläche 22 des Ringkörpers drückt und diesen mit der abgewendeten Stirnfläche 23 gegen die Spannfläche 13 der Hülse 11 preßt.

In dem den Ringkörper 3 tragenden Längenbereich ist die Hülse 11 mit einem Innenkonus 24 versehen, welcher auf den Außenkonus 4 der Antriebswelle 2 paßt.

Mit Abstand vor dem Innenkonus 24 hat die Hülse 11 eine innere Umfangsverzahnung 25 mit achsparallelem Zahnprofil, welche zur Außenverzahnung 6 am Zapfenabschnitt 5 der An­ triebswelle 2 paßt und mit dieser durch Axialverschiebung der Hülse 11 in und außer drehfesten Formschlußeingriff gebracht werden kann.

Mit dem freien Ende der Hülse ist bspw. durch mehrere Schrauben 26 oder auch einstückig ein Ringflansch 27 verbun­ den, welcher den Zapfenabschnitt 7 der Antriebswelle über den nicht mit dem Außengewinde 8 versehenen Längenabschnitt hinweg koaxial umgibt. Dieser Ringflansch 27 enthält einen hydraulischen Druckerzeuger 28, welcher mit der Ring-Stirn­ fläche 9 am Zapfenabschnitt 5 der Antriebswelle 2 in Wirk­ verbindung treten kann.

Auf das Außengewinde 8 des Zapfenabschnitts 7 der Antriebs­ welle 2 kann als Spannglied eine Mutter 29 aufgeschraubt werden, die auf den Ringflansch 27 einwirkt und über diesen den Innenkonus 24 der Hülse 11 axial auf den Außenkonus 4 der Antriebswelle 2 zu drücken vermag. In dieser Mutter 29 ist dabei eine hydraulische Spannvorrichtung 30 unterge­ bracht, die auf den Ringflansch 27 der Hülse einwirken kann und dabei in der Lage ist, eine für das Aufpressen des In­ nenkonus 24 auf den Außenkonus 4 ausreichende axiale Druck­ kraft aufzubringen.

Zum axialen Aufpressen der Hülse 11 mit ihrem Innenkonus 24 auf den Außenkonus 4 der Antriebswelle 2 braucht die Mutter 29 nur so weit auf das Außengewinde 8 der Antriebswelle 2 geschraubt zu werden, daß der Hubweg der hydraulischen Spannvorrichtung 30 zum Aufpressen der Hülse ausreicht. Hiernach kann die hydraulische Spannvorrichtung 30 wieder entspannt und die Mutter 29 nachgezogen werden.

Zum Abziehen der Hülse 11 von der Antriebswelle 2 dient der hydraulische Druckerzeuger 28, indem dieser auf die Ring- Stirnfläche 9 der Antriebswelle 2 zur Einwirkung gebracht wird, nachdem zuvor die Mutter 29 vom Außengewinde 8 der Antriebswelle 2 geschraubt worden ist.

Der eigentliche Wechselvorgang für die Hülse 11 und den von ihr getragenen Ringkörper 3 ist mit Hilfe der Mutter 29 sowie der hydraulischen Spannvorrichtung 30 und dem hydrau­ lischen Druckerzeuger 28 völlig problemlos sowie leicht und schnell durchzuführen.

Die Spannverbindung zwischen dem Ringkörper 3 sowie der Hülse 11 und dem Druckring 16 läßt sich andererseits pro­ blemlos und ohne Beeinträchtigung des eigentlichen Wechsel­ vorgangs in der Werkstatt bewirken.

Die Hülse 11 und der Druckring 16 werden in der Werkstatt einer thermischen Behandlung unterzogen. Die Hülse 11 wird gegenüber der Umgebungstemperatur erwärmt, so daß sie eine der Erwärmung entsprechende Längenvergrößerung erfährt. Andererseits wird der Druckring 16 unterkühlt, so daß sich seine Länge der Temperatur entsprechend vermindert. Dadurch kommen die planparallelen Spannflächen 13 und 18 außer Be­ rührungskontakt mit den Stirnfläche 22 und 23 des Ringkör­ pers 3, und es findet damit eine Entlastung der Ringmutter 20 und des vorgeschalteten Distanzrings 19 statt. Die Ring­ mutter 20 kann danach mit geringem Kraftaufwand gelöst wer­ den. Nach Abziehen des Distanzrings 19 und des Druckrings 16 kann auch der Ringkörper 3 von der Hülse 11 abgezogen und gegen einen anderen Ringkörper 3 ausgetauscht werden. Nun­ mehr wird die Hülse 11 wieder erwärmt und der Druckring 16 wieder unterkühlt, um die bereits vorher erwähnte Längendif­ ferenz gegenüber dem Normalzustand hervorzubringen. Nach dem Aufschieben des Druckrings 16 und den Distanzrings 19 sowie dem Anziehen der Ringmutter 20 werden Hülse 11 und Druckring 16 wieder auf normale Umgebungstemperatur gebracht, mit dem Resultat, daß ihre Spannflächen 13 und 18 mit hoher axialer Spannkraft gegen die voneinander abgewendeten Stirnflächen 22 und 23 des Ringkörpers 3 pressen und diesen damit gegen die auftretenden Beanspruchungen drehfest auf der Hülse 11 fixieren.

Damit der Druckring 16 durch den Unterkühlungsvorgang je­ weils eine genügende Längenänderung erfährt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn er eine Längenabmessung 31 er­ hält, die mindestens gleich, vorzugsweise jedoch größer als die maximale Breite 15 des Ringkörpers 3 bemessen ist.

Claims (10)

1. Schnellspannvorrichtung für Ringkörper, wie Walzringe, Richtrollen oder dergleichen, auf dem freien Ende von fliegend gelagerten Antriebswellen, bei welcher der Ring­ körper koaxial auf eine Hülse geschoben und durch diese mit der Antriebswelle verbunden ist, und bei welcher der Ringkörper zwischen planparallelen Spannflächen liegt, die durch ausschließlich axial wirksame Spannmittel gegen die voneinander abgewendeten Stirnflächen des Ringkörpers preßbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Spannfläche (13) unmittelbar an einem Flansch oder einer Schulter (12) am hinteren Ende der Hülse (11) ausgebildet ist,
daß die Hülse (11) eine Länge (14) aufweist, die wesent­ lich größer als die maximale Breite (15) des Ringkörpers (3) bemessen ist,
daß die zweite Spannfläche (18) an einem Flansch oder einer Schulter (17) eines auf die Hülse (11) koaxial aufgesteckten Druckrings (16) vorgesehen ist,
daß der Druckring (16) über ein an der Hülse (11) angrei­ fendes Spannmittel (20) axial gegen den auf der Hülse (11) sitzenden Ringkörper (3) preßbar ist,
und daß die Hülse (11) einerseits in Drehrichtung form­ schlüssig (6, 25) auf die Antriebswelle (2) steckbar sowie in Axialrichtung kraftschlüssig auf dieser festleg­ bar ist (8, 29, 30).

2. Schnellspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) erwärmbar und/oder der Druckring (16) unterkühlbar ist.

3. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (16) eine Länge (31) aufweist, die mindestens gleich der maximalen Breite (15) des Ringkör­ pers (3) bemessen ist.

4. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) im Einbaubereich des Ringkörpers (3) mit einem Innenkonus (24) versehen und auf einen dazu passenden Außenkonus (4) der Antriebswelle (2) axial auf­ preßbar ist (29, 30).

5. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) an ihrem vorderen Ende einen Ring­ flansch (27) trägt, an dem ein axial wirksames Spannglied (29, 30) angreift, das am freien Ende der Antriebswelle (2) sein Widerlager hat bzw. seinen Stützeingriff (8) aufweist.

6. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (30) eine von der Antriebswelle (2) lösbare Mutter (29) oder ein Bajonettverschluß-Kopfstück ist, die oder das eine gegen den Ringflansch (27) der Hülse (11) beaufschlagbare hydraulische Spannvorrichtung (30) enthält.

7. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringflansch (27) der Hülse (11) ein gegen eine Ring-Stirnfläche (9) der Antriebswelle (2) beaufschlagba­ rer, hydraulischer Druckerzeuger (28) untergebracht ist.

8. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Kupplung (6, 25) zwischen der Hülse (11) und der Antriebswelle (2) aus ineinandergrei­ fenden Umfangsverzahnungen (6 und 25) besteht.

9. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Spannvorrichtung zwischen der Hülse (11) und dem Druckring (16) aus einer Ringmutter (20) be­ steht.

10. Schnellspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (27) mit der Hülse (11) lösbar, z.B. durch Schrauben (26), verbunden ist.