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Vorrichtung zum zentrischen Führen von Drehkörpern, insbesondere Schleudergießkokillen
Üblicherweise werden Drehkörper mit geringer radialer Abmessung, wie z. B. Wellen,
bei Rundlauf gelagert, indem sie mit ihrem Umfang direkt in Schalen gebettet werden
(Gleitlagerkonstruktion), oder es werden zwischen dem Drehkörper und den Stützschalen
besondere umlaufende Stützkörper angeordnet (Wälzlagerkonstruktion).
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Bei Drehkörpern mit großen radialen Abmessungen und verhältnismäßig
geringen Umdrehungszahlen, z. B. bei Drehrohröfen, sieht man auf dem Umfang über
die Länge verteilt (Lauf-) Ringe vor, die mit feststehenden, nur um ihre Achse drehbaren
(Stütz-) Rollen zusammenarbeiten. Es genügt hierbei, die Rollen zur Aufnahme des
Gewichts des waagerecht oder schwach geneigt liegenden Drehkörpers nur unterhalb
desselben anzuordnen; gegebenenfalls auftretende Axialkräfte können durch Bunde
(Spurkränze) von den Rollen auf das Fundament übertragen werden.
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Soll ein waagerecht oder annähernd waagerecht liegender Drehkörper
großer radialer Abmessung mit hoher Umdrehungszahl umlaufen, wie das z. B. bei Schleudergießkokillen
mit horizontaler Drehachse der Fall ist, so empfiehlt es sich, zur Aufnahme von
auftretenden Fliehkräften, die ja auch nach oben wirken und unter Umständen größer
als das Eigengewicht des Körpers ausfallen können, die Stützrollen rund um die einzelnen
Laufringe anzuordnen. Drehkörper mit großen radialen und geringen axialen Abmessungen
können zweckmäßig zum Rundlauf auf eine (Plan-) Scheibe gespannt werden, die zentrisch
durch eine Welle mittels Gleit- oder Wälzlager, wie zu Anfang beschrieben, geführt
wird. Zur Aufnahme der Belastung in axialer Richtung ist hierbei noch ein besonderes
Gleit-
oder Wälzlängslager auf der Welle vorzusehen.
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Bedingung für den ruhigen Lauf eines so gelagerten Drehkörpers, insbesondere
bei hohen Umlaufzahlen, ist ein geringer Abstand zwischen dem Schwerpunkt des aufgespannten
Drehkörpers und dem obersten (Hals-)Lager der (Maschinen-)Welle.
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Trifft nun, wie bei Schleudergießmaschinen für schwere Hohlblöcke,
bei dem Drehkörper, also der Schleudergießkökille, große radiale Ausdehnung und
hohe Umlaufzahl zusammen mit großer axialer Länge, so verbietet sich selbst bei
noch so gutem Ausrichten bzw. Auswuchten die beschriebene fliegende Lagerung. Für
das Versagen dieser Konstruktion ist in erster Linie die Elastizität der Welle,
dann aber auch die Unmöglichkeit, Lager für die großen Gleit- bzw. Wälzgeschwindigkeiten
bei den zu erwartenden hohen Belastungen zuverlässig bauen zu können, verantwortlich.
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In einem solchen Falle greift man zweckmäßig zu einer kombinierten
Anordnung. Der Drehkörper wird, wie vorstehend geschildert, auf der Planscheibe
einer für sich gelagerten Welle befestigt, läuft nun aber nicht fliegend, sondern
wird selbst noch über einen oder mehrere Laufringe durch Rollen gestützt.
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Eine Maschine mit senkrechter oder annähernd senkrechter Drehachse
verlangt nun, um auf den Drehkörper eine allseitig wirkende Stützkraft ausüben zu
können, je vorgesehenen Laufring einen geschlossenen Kranz von Stützrollen. Die
Achsen derselben müssen, damit die Rollen ihren Zweck erfüllen können, fest im Maschinenrahmen
gelagert sein; mit anderen Worten, die Rollen dürfen unter der Einwirkung einer
vom Drehkörper herrührenden Kraft nicht nachgeben.
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Bei Schleudergießmaschinen stellt eine solche Ausführung aber gleichzeitig
einen großen Fehler in der Konstruktion dar. Die Kokille und damit der Stützring
behalten während des Laufes, hervorgerufen durch Temperaturänderung vom Gießgut
her, nicht ihren Durchmesser bei. Ist der Kranz der Stützrollen auf den Durchmesser
der warmen Kokille eingestellt, so ergibt sich für die kalte Kokille ein dermaßen
großes Spiel zwischen dem Laufring und den Stützrollen, daß von einer Führung nicht
mehr die Rede sein kann. Hinzu kommt, daß die Rollen, sofern keine dauernde Berührung
mit dem Laufring gegeben ist, in ihrer Drehzahl zurückbleiben bzw. ganz stehenbleiben,
und daß dann das zeitweilige Auflaufen des Ringes an den Rollen zu Störungen Anlaß
gibt.
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Man hat sich dadurch zu helfen versucht, daß man die Stützrollen radial
beweglich- anordnete und auf Federn abstützte, wobei man in der Federkennlinie eine
Stufe vorsah. Die geforderte, reibungsschlüssige Verbindung zwischen Laufring und
Stützrollen wurde durch eine verhältnismäßig schwache Feder garantiert. Der eigentliche
Stützdruck wurde von einer starken vorgespannten Feder abgegeben, die aber erst
dann zur Wirkung kam, wenn unter dem Einfuß der freien Radialkraft der Drehkörper
die in Richtung dieser liegenden Rolle um ein bestimmtes, allerdings geringes Maß
nach außen gedrückt hatte. Der Nachteil dieser Anordnung ist offensichtlich darin
zu sehen, daß der Stützdruck von den Rollen erst aufgebracht wird, nachdem der Drehkörper
einen gewissen Rundlaufschlag zeigt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Konstruktion
für einen Stützrollenkranz zum zentrischen Führen von Drehkörpern; insbesondere
Schleudergießkokillen großer Abmessungen bei Rundlauf, mit senkrechter oder annähernd
senkrechter Drehachse die im vorhergehenden geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen.
Sie bedient sich dabei kranzförmig angeordneter Stützrollen, die die Mantelfläche
des Drehkörpers berühren. Sie besteht darin, daß sämtliche die Stützrollen drehbar
tragende Rollenachsen .gekröpft ausgeführt und diese im Maschinenrahmen beweglich
gelagert sowie durch Kuppelglieder derart unter sich. verbunden sind, daß bei Betätigung
einer Kröpfachse sämtliche weiterhin angeordneten Achsen eine in bezug auf das Drehmittel
gleichsinnige Bewegung ausführen sowie unter Einwirkung einer auf die Kuppelglieder
übertragenen Kraft sämtliche angeordneten Stützrollen durch ihre Kröpfachsen gleichmäßig
an den zu führenden Drehkörper angepreßt werden.
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Zur Erläuterung des Wesens der Erfindung ist die Anordnung schematisch
in den Abb. z bis 3 dargestellt, worin Abb. r einen Axialschnitt, Abb. 2 einen Radialschnitt
und Abb. 3 einen Schnitt nach der Linie E-F darstellen. Das obere Ende des zu führenden
Drehkörpers ist mit a bezeichnet, der auf einem Fundament festliegende Maschinenrahmen
mit b. In ihm ist der Kranz der Stützrollen c untergebracht.
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Um eine möglichst große Anzahl von Stützrollen anordnen zu können,
ohne den Durchmesser derselben zu klein und damit die Drehzahlen zu hoch ausfallen
zu lassen, empfiehlt es sich, wie die Abbildungen zeigen, die Rollen eines Kranzes
in der Höhe gegenseitig versetzt vorzusehen. Die Rollen c . laufen auf den Achsen
d. Diese machen also die Drehung der Rollen nicht mit. Die Achsen sind nun aber
nicht starr im Maschinenrahmen gelagert, sondern können für sich wieder eine Drehbewegung
ausführen. Sie werden daran aber durch die festaufgesetzten Hebel e sowie die Kuppelstangen
f gehindert. An Stelle einer Drehbewegung der Achsen bleibt so nur eine Schwingbewegung
derselben über einige Winkelgrade erhalten. Voraussetzung ist natürlich, daß die
Kuppelstangen an die Hebel beweglich angelenkt werden. Die Länge der Kuppelstangen
muß außerdem gleich der Rollenteilung auf dem Maschinenrahmen sein. Es muß sich
also im einzelnen ein Bewegungsviereck ergeben, wie es durch die Systemlinien g
in Abb. 2 angedeutet ist. Das Wesentliche an der Konstruktion ist neben dem Durchkuppeln
der einzelnen Hebel darin zu sehen, daß die Achsen in der Mitte, wo die Rollen laufen,
gegenüber ihren Schenkeln durchgekröpft sind. Dies geht deutlich aus der Abb. 3
hervor. Die Exzentrizität der Kröpfung ist mit o bezeichnet.
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Ordnet man nun, wie dies in Abb. 2 ersichtlich ist, die Kröpfungen
etwa parallel zu den Tangenten, errichtet im Berührungspunkt der Rollen mit dem
Drehkörper,
an, so kann durch Umlegen der Hebel der Durchmesser
des innerhalb des Rollenkranzes einzubeschreibenden Kreises vergrößert oder auch
verkleinert werden. Es gelingt also, durch eine nach der Abbildung z. B. von den
angeordneten Federn 1a hervorgerufene Kraft an den Hebeln im Sinne der Umlaufrichtung
des Drehkörpers sämtliche Rollen an den Drehkörper gleichmäßig anzupressen. Auf
diese Weise ist eine gesicherte Mitnahme der Rollen durch den Drehkörper, ganz gleich
welchen Durchmesserveränderungen derselbe durch Temperatureinflüsse unterworfen
ist, erreicht..
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Einem Wachsen des Drehkörpers z. B. können die Rollen bequem unter
Überwindung der herrschenden Spannung der Federn durch Ausweichen nach außen hin
folgen.
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Ist in einem Rollenkranz die Anzahl st Rollen vorhanden, so macht
sich an den Hebeln einer jeden Rolle der iz-te Teil der insgesamt an den Hebeln
wirkenden Kraft geltend, also bei nur einer Kraft der n-te Teil davon.
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Sind, wie in der Abbildung gezeigt, insgesamt soviel unter sich gleiche
Federn angeordnet, wie Hebel vorhanden sind, so macht sich an j edem Hebel bei Stillstand
des Drehkörpers bzw. bei radialkräftefreiem und zentrischem Rundlauf eben nur eine
Federkraft bemerkbar.
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Ganz anders ist die Kräfteverteilung an den Hebeln in dem Augenblick,
wo durch auftretende Fliehkräfte der Drehkörper versucht, aus seinem Drehmittel
auszuweichen. In einem solchen Falle ist die Rolle, die gerade in Richtung des erstrebten
Ausweichens des Drehkörpers liegt, geneigt nachzugeben. Hier macht sich aber sofort
die Tatsache geltend, daß sämtliche Hebel durchgekuppelt sind. Bevor noch die fragliche
Rolle nur um das geringste ausweichen kann, macht sich eine Kraft an ihrem Hebel
bemerkbar, die im äußersten Falle gleich der Summe aller Hebelkräfte ist.
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Durch eine Konstruktion nach der Erfindung ist also erreicht, daß
einmal die Stützrollen jeder Durchmesserveränderung des Drehkörpers unter normaler
Belastung folgen können, zum anderen jede einzelne Rolle aber befähigt ist, entgegen
einer freien Radialkraft (Fliehkraft) am Drehkörper, auf diesen, ohne im geringsten
auszuweichen, einen Druck bis zum n-fachen der Normalbelastung auszuüben.
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Sind beispielsweise, wie in den Abbildungen, zwölf Rollen in einem
Kranz vorhanden, so ergibt sich als höchster Einzelstückdruck für eine Rolle die
zwölffache Größe des Normalstützdruckes derselben, mithin ein Wert, der hl allen
vorkommenden Fällen bei weitem genügt, den Drehkörper mit Sicherheit zu führen.
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Die in den Abbildungen ferner ersichtlichen Zylinder i und
Kolben k zusammen finit der Ringleitung ya sind für das eigentliche Arbeiten
der Vorrichtung, wie beschrieben, nicht erforderlich. Sie dienen dem Zweck, z. B.
bei Montagearbeiten mittels gespannter Luft durch Aufheben des Federdruckes die
Stützrollen von dem Drehkörper abzuheben und so die Voraussetzung für ein Auswechseln
des Drehkörpers zu schaffen.
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Für die Verwirklichung der Idee nach der Erfindung ist es nun nicht
erforderlich, die technische Ausführung gemäß den Abbildungen vorzunehmen. Sie geben
nur ein einzelnes Ausführungsbeispiel wieder.
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In besonders gelagerten Fällen ist es z. B. denkbar, zum Durchkuppeln
der Kröpfachsen auf diesen an Stelle der Hebel Zahnsegmente vorzusehen, die in einen
innen- oder auch außenverzahnten Zahnkranz eingreifen, über diesen also zwangsläufig
die gleichartige Bewegung sämtlicher Rollenachsen gesichert ist. Derselbe Zweck
kann erreicht werden durch Anordnung von Zahnrädern auf den Kröpfachsen unter Mitverwendung
von Zwischenrädern.
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Schließlich ist auch eine Konstruktion möglich, bei der, wie vor,
unter Verwendung der Kröpfachsen nun aber durch einen Ring mit radialen Schlitzen,
in die auf den Hebeln festsitzende Bolzen eingreifen, das angestrebte Zusammenspiel
sämtlicher Achsen gesichert ist.