DE60302823T2

DE60302823T2 - Gleitlager und Drucksegmentanordnung

Info

Publication number: DE60302823T2
Application number: DE60302823T
Authority: DE
Inventors: David G. West Boylston Titus
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-04-05
Also published as: EP1353082A1; KR20030081126A; RU2241150C1; JP2003334602A; CA2423627A1; TW200307098A; DE60302823D1; ATE313730T1; CN1263962C; BR0300952B1; BR0300952A; TWI225132B; ES2252572T3; MXPA03003231A; CA2423627C; US6929402B1; CN1479023A; EP1353082B1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Hochleistungsgetriebe von dem Typ, wie sie sich in Antriebssträngen von Walzwerken finden, wo Kupplungen dazu verwendet werden, um Zahnräder in ihre jeweiligen Tragwellen ein- und ausrücken, und sie betrifft insbesondere die Lageranordnungen zum Befestigen der Zahnräder auf den Wellen.
2. Stand der Technik
In Anordnungen des oben bezeichneten Typs sind die Zahnräder, wenn sie ausgerückt sind, frei zum Rotieren oder befinden sich im "Freilauf' bezüglich ihrer Tragwellen. Im eingerückten Zustand sind die Zahnräder hingegen bezüglich ihrer Tragwellen fixiert und einer Axiallast in Entsprechung zu den Antriebskräften ausgesetzt, die an andere Zahnräder übertragen oder von diesen empfangen werden.
In der Vergangenheit wurden Axialrollenlager verwendet, um die Zahnräder auf ihren jeweiligen Tragwellen zu befestigen. Die Axialrollenlager sind ideal geeignet zur Unterstützung der Zahnräder, wenn diese ausgerückt und im Freilauf sind. Es hat sich nun aber erwiesen, dass wenn die Zahnräder bezüglich ihrer Tragwellen im eingerückten Modus fixiert sind und sich die Lager folglich in einem statischen Zustand befinden, die Axiallast auf die Zahnräder die Rollenelemente und Rollbahnen der Lager zu einem beschleunigten lokalen Verschleiß in den Bereichen veranlasst, wo sie in Reibungskontakt miteinander stehen. Dieser lokale Verschleiß schafft schließlich Abstände, die akzeptable Toleranzen überschreiten, Vibrationen verursachen und ein Ausschalten der Anlage sowie den Austausch vorzeitig verschlissener Lager notwendig machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert ist, werden die herkömmlichen Axialrollenlager durch Kombinationen von Gleitlagern und Druckringanordnungen ersetzt. Die Gleitlager schaffen einen radialen Halt für die Zahnräder in eingerücktem ebenso wie in ausgerücktem Betriebsmodus. Die Druckringanordnungen absorbieren Axiallasten unter statischen Bedingungen, wenn die Zahnräder bezüglich ihrer Tragwellen fixiert sind.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht durch ein Hochleistungsgetriebe des Typs, wie sie in Walzwerken eingesetzt werden;
2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in 1 abgebildeten Getriebes;
3A und 3B sind Teilquerschnittansichten entlang der Linien 3A-3A und 3B-3B der 2;
4 ist eine Frontansicht, in der die Lagerfläche einer der Lagerplatten dargestellt ist;
5 ist eine Teilseitenansicht der in 4 dargestellten Lagerplatte in vergrößertem Maßstab;
6 und 7 sind Darstellungen ähnlich jenen in 4 und 5, die ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Lagerplatte zeigen; und
8 ist eine schematische Ansicht mit übertriebenen Abmessungen, in der die gelappte Innenkonfiguration der Buchsen dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES ILLUSTRIERTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Zunächst Bezug nehmend auf 1, 2, 3A und 3B, wird anhand des Bezugszeichens 10 ein Walzwerkgetriebe dargestellt. Das Getriebe umfasst ein Gehäuse mit einem Basisabschnitt 12 und einer Abdeckung 16. In dem Gehäuse ist zwischen den Lagern 20, 22 eine Welle 18 zur Rotation um eine Achse "A" montiert. Ein Ende der Welle ragt vom Gehäuse für den Anschluss an einen (nicht dargestellten) Werksantrieb vor.
Die Zahnräder 24, 26 werden von der Welle auf gegenüber liegenden Seiten eines Wellenbundes 28 mit vergrößertem Durchmesser getragen. Die Zahnräder haben unterschiedliche Durchmesser und Zahnzahlen und können deshalb in (nicht dargestellte) andere Zahnräder im Getriebe eingreifen, um unterschiedliche Übersetzungen herzustellen.
Die Zahnräder 24, 26 sind jeweils mit Kupplungsringen 30 versehen, die Zähne 32 aufweisen, welche rotierend an Außenkeilnuten 34 auf dem Wellenbund 28 ausgerichtet werden können. Eine innen an 37 kerbverzahnte Hülse 36 ist am Wellenbund 28 befestigt. Die Hülse 36 ist axial verschiebbar zwischen einer Neutralstellung gemäß 1 und dem oberen Teil der 2 und 3A und einer eingerückten Stellung, in der ihre Innenkeilnuten 37 in die Zähne 32 des einen oder des anderen Kupplungsrings 30 auf den Zahnrädern 24, 26 eingreifen. Der untere Teil der 2 und 3B zeigen die Hülse 36 in eine eingerückte Stellung versetzt.
Wenn sich folglich die Kupplungshülse in neutraler Stellung befindet, sind beide Zahnräder 24 und 26 aus der Welle 18 ausgerückt und befinden sich als solche in einem Freilaufmodus. Wenn die Hülse 36 in Eingriff mit den Kupplungszähnen 32 eines Zahnrads versetzt wird, ist dieses Zahnrad mit der Welle in Eingriff, wodurch das andere Zahnrad in einem Freilaufinodus verbleiben kann.
Die Zahnräder 24, 26 sind an der Welle 18 mit Spiegelbildkombinationen von Gleitlagern und Druckringanordnungen befestigt. Die Beschreibung fährt nun fort mit Bezug auf die Befestigung des Zahnrads 26, wobei zu beachten ist, dass die selbe Beschreibung auch für die Befestigung des anderen Zahnrads 24 gilt.
Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist das Zahnrad 26 an der Welle 18 befestigt und auf dieser zur Rotation gelagert mittels eines Gleitlagers mit dem allgemeinen Bezugszeichen 40. Das Zahnrad 26 ist auch axial mit Bezug auf die Welle mittels einer Druckringanordnung mit dem allgemeinen Bezugszeichen 42 befestigt.
Das Gleitlager 40 umfasst eine Hülse 44, die auf die Welle 18 aufgeschoben ist. Die Hülse hat doppelte Lagerflächen 44a, 44b, getrennt durch eine mittlere Nut 44c und zur Rotation in den Buchsen 46a, 46b gelagert, die in einer abgestuften Bohrung des Zahnrads 26 aufgenommen sind.
Wie in 8 grafisch dargestellt, sind die Innenbereiche der Buchsen 46a, 46b an 45 in umfänglich beabstandeten Intervallen gelappt. Wenn sich die Zahnräder in einem freilaufenden Modus befinden, schafft diese gelappte Buchsenkonfiguration winkelig beabstandete Zonen von erhöhtem Schmiermitteldruck, die zur Lagerstabilität beitragen.
Ein Ende der Hülse 44 schließt an die Schulter 48 der Welle an, und ein Druckring 50 wird mittels einer Mutter 52, die auf die Welle geschraubt ist, gegen das andere Ende der Hülse gedrückt.
Die Druckringanordnung 42 umfasst den Druckring 50 und einen Bund 54, der mit Schrauben 56 an einer Flanke des Zahnrads 26 befestigt ist. Der Druckring 50 ist zwischen ringförmigen Lagerplatten 58a, 58b eingeschlossen, die mit den Schrauben 60 an der Außenflanke des Zahnrads 26 und der Innenseite des Bundes 54 befestigt sind. Die gegenüber liegenden Seiten des Druckrings 50 begrenzen ringförmige erste Lagerflächen, und die konfrontierenden Oberflächen der Platten 58a, 58b begrenzen ringförmige zweite Lagerflächen.
Flüssiges Schmiermittel wird über einen Kanal 62 zugeführt, der zentral durch die Welle 18 führt. Zweigkanäle 64 in der Welle und radiale Bohrungen 66 in der Hülse 44 liefern das Schmiermittel zur Nut 44c. Das Schmiermittel tritt aus der Nut 44c aus, um die Schnittfläche zwischen den Gleitlageroberflächen 44a, 44b und den Buchsen 46a, 46b zu schmieren, bevor es in eine Richtung zu der Wellenschulter 48 und in die Gegenrichtung in den Kreiskanal 68 auf einer Seite des Druckrings 50 abgeht.
Andere Zweigkanäle 70 in der Welle leiten Schmiermittel in die Innennuten 72 in der Hülse 44. Die Nuten 72 führen zu einem kreisförmigen Kanal 74 innerhalb des Druckrings. Von hier wird das Schmiermittel über die Nuten 76 auf die gegenüberliegende Seite des Druckrings 50 geliefert.
Das auf die gegenüberliegenden Seiten des Druckrings gelieferte Schmiermittel dient der Schmierung der Schnittfläche zwischen den ersten Lagerflächen, die von den gegenüberliegenden Seiten des Druckrings 50 begrenzt werden, und den zweiten Lagerflächen, die von den konfrontierenden Flächen der Lagerplatten 58a, 58b begrenzt werden.
Die zweiten Lagerflächen der ringförmigen Lagerplatten 58a, 58b sind Spiegelbilder voneinander. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 und 5 ist zu sehen, dass jede zweite Lagerfläche mit einer Mehrzahl von außenumfänglich beabstandeten Abschrägungen 78 konfiguriert ist, die so angeordnet sind, dass sie mit der angrenzenden ersten Lagerfläche des Druckrings 50 zusammen wirksam sind, um keilförmige Taschen 80 dazwischen zu begrenzen. Jede Abschrägung 78 erstreckt sich außenumfänglich von einer Vertiefung 82 an einem Ende zu einer planen Fläche 84 am gegenüber liegenden Ende. Anhand dieser Anordnung schafft die relative Rotation in den von den Pfeilen in 5 grafisch angezeigten Richtungen zwischen dem Druckring 50 und den ringförmigen Platten 58a, 58b im Freilaufinodus winkelig beabstandete Zonen mit erhöhtem Schmiermitteldruck, die eine vorteilhafte Reduzierung des Reibungsverschleißes bewirken. Ein ähnlicher Zustand existiert auch, wenn ein Zahnrad eingerückt ist, weil obwohl dessen zugehörige erste und zweite Lagerflächen rotierend in Bezug zueinander fixiert sind, diese in Relation zu den flüssigen Schmiermittel gemeinsam weiter rotieren.
Als Alternative zur Bereitstellung von zwei Lagerplatten 58a, 58b mit spiegelbildlichen zweiten Lagerflächen und wie in 6 und 7 dargestellt, kann eine modifizierte Platte 58c zur Benutzung auf gegenüberliegenden Seiten des Druckrings 50 vorgesehen sein. Die zweite Lagerfläche der Lagerplatte 58c ist mit entgegengesetzt geneigten Abschrägungen 78', 78" konfiguriert, die so angeordnet sind, dass sie mit angrenzenden Lagerflächen des Druckrings 50 zusammen wirken, um keilförmige Taschen 80', 80" dazwischen zu schaffen. Die Abschrägungen sind außenumfänglich durch plane Flächen 84 beabstandet, von denen sie zu den Vertiefungen 82 abfallen. Die Abschrägungen 78' und deren zugehörige Taschen 80' sind so ausgeführt, dass sie winkelig beabstandete Zonen mit erhöhtem Schmiermitteldruck auf einer Seite des Rings 50 erzeugen, und die Abschrägungen 78" und ihre zugehörigen Taschen 80" sind ähnlicher Weise so ausgeführt, dass sie dieselbe Wirkung auf die gegenüberliegende Seite des Rings 50 erzeugen.
Im Lichte des Voranstehenden liegt es nunmehr für einschlägige Fachpersonen auf der Hand, dass die Gleitlager 40 effektiv wirksam sind, die Zahnräder 24, 26 im Freilaufmodus rotierend zu tragen, wobei die Druckringanordnungen 42 effizient geschmiert werden, um den friktionalen Verschleiß zu minimieren. Wenn eines oder das andere der Zahnräder rotierend an der Welle fixiert ist, bietet sein Gleitlager eine dauerhafte statische radiale Unterstützung, und die axialen Belastungen werden von der zugehörigen Druckringanordnung 42 aufgenommen, die über ihren gesamten Außenumfang wirksam ist.
Außerdem erkennen einschlägige Fachpersonen, dass die Wärmeerzeugung in den Lageranordnungen bei zunehmender Rotationsgeschwindigkeit zunimmt. Allerdings erzeugt eine zunehmende Rotationsgeschwindigkeit einen erhöhten Schmiermittelstrom durch die radialen Kanäle 64, 70 zu ihren jeweiligen Schmierpunkten, was als Nettoeffekt die Aufrechterhaltung einer im Wesentlichen konstanten und tolerierbaren Lagertemperatur über ein breites Band von Betriebsgeschwindigkeiten ergibt.

Claims

Vorrichtung zur rotierfähigen Befestigung und axialen Fixierung eines Zahnrads auf einer Welle, wobei die Vorrichtung umfasst: eine in einer Bohrung des Zahnrads befestigte Buchse; eine auf der Welle aufgenommene und relativ zu dieser befestige Hülse, wobei die Hülse von der Buchse umgeben und innerhalb dieser zur Drehung gelagert ist; einen Druckring, der auf einer Seite des Zahnrads relativ zur Welle befestigt ist und von dieser radial vorsteht; und ein Haltemittel auf der einen Seite des Zahnrads zur Begrenzung eines kreisförmigen Kanals, innerhalb dessen der ringförmige Druckring axial gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend Mittel zum Einführen eines flüssigen Schmiermittels zwischen der Hülse und der Buchse und in die vom Haltemittel begrenzte kreisförmige Rille.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Haltemittel einander gegenüberstehende, axial beabstandete, ringförmige Platten umfasst, die so konfiguriert und angeordnet sind, dass sie gegenüberliegenden Flächen des Druckrings berühren, wobei eine der ringförmigen Platten an der einen Seite des Zahnrads befestigt ist und die andere der ringförmigen Platten auf einem kreisförmigen Bund aufliegt, der an der einen Seite des Zahnrads befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druckring einander gegenüber liegende, ringförmige erste Lagerflächen aufweist, die axial zwischen ringförmigen zweiten Lagerflächen auf dem Haltemittel eingeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, des weiteren ein Mittel zur Einführung eines flüssigen Schmiermittels zwischen der ersten und der zweiten Lagerfläche umfassend.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Lagerfläche so konfiguriert und angeordnet sind, dass sie auf eine relative Rotation zwischen dem Druckring und dem Haltemittel reagieren, indem sie das zwischen der ersten und der zweiten Lagerfläche eingeführte flüssige Schmiermittel in einer Mehrzahl von winkelig beabstandeten Zonen erhöhten Drucks verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Lagerfläche ringförmig und in gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind, und wobei eine der Lagerflächen jedes Paars mit einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten Abschrägungen konfiguriert ist, die so angeordnet sind, dass sie mit der anderen Lagerfläche jedes Paars zusammen wirken, um umfänglich beabstandete, keilförmige Taschen dazwischen zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Abschrägung sich umfänglich von einer Vertiefung an einem Ende zu einer planen Fläche am gegenüber liegenden Ende erstreckt, wobei aufeinander folgende Abschrägungen voneinander durch angrenzend angeordnete Vertiefungen und plane Flächen getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede der Rampen sich umfänglich von einer planen Fläche an einem Ende zu einer Vertiefung am gegenüber liegenden Ende erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei aufeinander folgende Abschrägungen gegenseitig geneigt sind, wobei sich jede von einer planen Fläche abwärts zu einer Vertiefung erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Innere der Buchse innen mit umfänglich beabstandeten Lappen konfiguriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hülse eine äußere Gleitzapfenfläche aufweist, die von einer kreisförmigen Rille in zwei axial beabstandete Abschnitte unterteilt wird, und des weiteren Rinnenmittel zur Beförderung von Schmiermittel durch die Welle in die Rille zur Verteilung auf die Grenzflächen zwischen den axial beabstandeten Abschnitten der Gleitzapfenfläche und dem Inneren der Buchse.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Rinnenmittel zusätzlich dazu dient, Schmiermittel von einer der Grenzflächen zu der kreisförmigen Rille zu liefern.