JP4040670B2 - 圧延スタンドの主駆動部の駆動スピンドル - Google Patents

圧延スタンドの主駆動部の駆動スピンドル Download PDF

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Description

この発明は、駆動モータからクラッチ要素、特に多楔形状へトルクを伝達する第一軸と、クラッチ要素、特に多楔形状から回転継手を介して圧延スタンドのロールへトルクを伝達する第二軸とを有し、この際に回転継手はロールとねじり式に連結されるロール集合部及び第二軸とねじり式に連結される第二スピンドルヘッドを有し、そしてこの際にロール集合部とスピンドルヘッドの間の回転結合が滑り石とジャーナルによって製造され、そのジャーナルがスピンドルヘッドとねじり式に連結されるけれども、ロールの回転軸線と第二軸の回転軸線との間の傾斜角度を許容して支承されている圧延スタンドの主駆動部の駆動スピンドルに関する。
この種の圧延スタンド主駆動部の駆動スピンドルは、長さ補償を実施できるために、軸方向移動システムとしてしばしば形成されなければならない。このために、大抵は自在継手をもつ継手軸が使用される。
ドイツ特許第10211883号明細書(特許文献1)から、そのような解決策が公知であり、この場合に継手軸の異なる一定屈曲角度に調整できる保持装置を備える圧延機構のロールを駆動する継手軸の自在継手を構成することが試みられている。このために、ジャーナルクロスのフォークアームに取り付けた基礎部材を備える特殊構成が全体保持ボルトに提案されている。
同様に、ドイツ特許第2926710号明細書(特許文献2)は圧延駆動部に対する自在継手の軸配列を提案する。各自在継手の屈曲角度が継手軸の停止状態中に任意の値に限定されるように、回転直径の限定なしに継手軸を形成するために、自在継手にあるボルトの一端が継手フォークのクラッチ軸線に対して半径方向に可動な要素に角度自在に受けられるのに対して、可動要素が各任意の位置で固定装置によって固定できることが提案されている。
ドイツ特許第3231752号明細書(特許文献3)から、圧延スタンドの駆動スピンドルとロールジャーナルを結合する自動遊び補償部を備える接続集合部が知られている。そこで、ロールジャーナル用の楔状駆動体が設けられ、二つの対状に共働して接続集合部にその内面に基づいて中心に対して傾斜され且つ傾斜角度で駆動体の楔角度に一致するプリズム面上に配置されている。それにより、遊び補償がすべての面でロールジャーナル上で有効であり且つロールの摩耗によって或いは交換の際に生じる測定差を自動的に補償する状態であるよう企てられている。
圧延機構のロールを駆動する継手軸の他の構成はドイツ特許第19745199号明細書(特許文献4)から知られている。ここでも、二つの軸部材をねじるけれども、角度移動自在に互いに連結するために、自在継手が使用される。同じことが欧州特許出願公開第1393826号明細書(特許文献5)から知られた解決策に適用される。
自在継手を備える継手軸はフィリグリーに構成されて、それで高価である。さらに、継手軸が特殊工場で整備されなければならないことが大抵必要であり、それが論理的に高い費用をもたらす。
基本的には自在継手の代わりに平らなジャーナルスピンドルもロール駆動部に対する駆動スピンドルに問題を生じる。そのような問題の解決策はドイツ特許出願公開第2362524号明細書(特許文献6)に由来する。そこには、交換可能な圧延スタンド用の駆動スピンドルの軸方向に移動可能で自動的出入り可能な継手クラッチが記載され、この継手クラッチによりクラッチの迅速な出入りとスタンドの移動の際の確実な連動が可能とされる。
けれども、この解決策では、この平らなジャーナルスピンドルに過大に負荷することなしに、効率的軸方向力を平らなジャーナルスピンドルを介して伝達することが問題であるか、或いは不可能である。そのような概念では、駆動スピンドルの長さ補償をのために、運動シリンダを備えるモータ側スピンドルヘッドを構成して、ロール軸方向移動が平行に実施されるようにこれらシリンダを制御することが必要である。それによってのみ、ロール側スピンドルヘッドがロールから滑り落ち得ないことが確保される。このことは、許容できない費用を意味するばかりではなく、機能の欠陥の場合に、圧延装置に大きな損傷も配慮すべきである。
ドイツ特許第10211883号明細書 ドイツ特許第2926710号明細書 ドイツ特許第3231752号明細書 ドイツ特許第19745199号明細書 欧州特許出願公開第1393826号明細書 ドイツ特許出願公開第2362524号明細書
この発明の課題は、挙げられた欠点が回避されるように、平らなジャーナルスピンドルを備える前記種類の圧延スタンドの主駆動部の駆動スピンドルを構成することを基礎としている。さらに、駆動スピンドルの長さ補償の機能の実施の際にも頑丈で簡単に構成されてそれにより比較的に安く且つ簡単に整備する配列が創作される。さらに、集合部がロールと固定的に連結されたままであるよう企てられる。
この発明によるこの課題の解決策は、ロール集合部とスピンドルヘッドの間には、力を受ける軸受要素が第二軸とロールの軸線の方向に配置されており、この際に両軸受要素の間には軸方向力を伝達するラムがロール集合部とスピンドルヘッドの間に配置されていることを特徴とする。
この発明によると、同様に、ラムが軸方向力伝達用の特殊軸受要素との共働作用を配慮する回転継手に一体化される。
それ故に、図示されるように、軸方向平衡力がラムを介してさらに案内され得て、それによってスピンドルヘッド内の継手石が駆動トルクを伝達しなければならなく、軸方向力により負荷されない。それによって、長さ補償なしである場合のように、駆動スピンドルが同じ高さに負荷され得る。
さらに、集合部がロール上に残り得ることが利点である。追加的スピンドルヘッド保持体が必要ない。
ロール交換の場合には、最終的に好ましい形式では、前記先行技術に時々設けられるように、追加的爪要素、例えばボルトを作動する必要がない。
この発明の第一構成は、軸受要素がロール或いは第二軸のそれぞれの回転軸線に同心状に配置されていることを企図する。
軸受要素は特にラムと一緒にそれぞれ一つの滑り軸受部を形成する。この場合にラムとの接触領域内の軸受要素が断面でラムの凹面形状と端領域、凹面形状に一致する凸面形状を有する。特にラムとの接触領域内の軸受要素が断面で実質的に半球の形状を有するならば、特に好ましい。
ジャーナルは実質的に板状に形成され得て、ラムを貫通する空所を有する。この場合にこの空所は特に円錐形状を有するので、ラムが或る角度限度で移動できる。
ロール交換を容易とするために、ラムが確実にロール集合部及びスピンドルヘッド又はそのいずれかの一方と連結される手段が設けられている。
ラムがピン状に形成される、即ちラムが円状横断面を有することが利点である。長さ対直径の比は特に4と10の間に、特に5.5と8.5の間にある。軸受要素とラムの半球の関係は特に半ラム直径と二倍ラム直径との間にある。この場合に一般に、摩耗を僅かに保持するために、軸受要素とラムの間の接触領域の半径が十分に大きく形成されるべきであることが適用される。確かに、相対運動は実質的に直線的に半径で増大されるが、しかし面押圧が増大する半径の二乗に減少する。それ故に、半径が特に出来るだけ大きく選択される。
長い寿命や良好な機能態様のために、軸受要素の少なくとも一方とラムの間の接触領域には、スピンドルヘッドを貫通する潤滑剤通路が連通し、その通路によって接触領域に潤滑剤が供給され得る。この場合にこの発明の特に好ましい構成は一方の軸受要素とラムの間の接触領域に潤滑剤通路が連通しそしてラムが他方の軸受要素の領域に潤滑剤を搬送するためにラムを貫通する長孔を有することを企図する。
成分の材料選択も良好な摩擦特性が生じるように行われる。それ故に、軸受要素が自己潤滑性の工作材から製造され、特に黒鉛を有するそのような自己潤滑性の工作材から製造されることが利点である。
平衡力のそれ自体公知の伝達のために、第一軸上に或いは傍に軸受体が配置されており、この軸受体はこの平衡力を第一軸上に伝達するために適用される。
構成は、ラムが複数の互いに連結された構成部材から成ることを企図する。特にラムはロッド要素から成り、その端にはそれぞれ一つのラムヘッドが配置され得る。この場合に構成部材がねじ結合部によって互いに連結されている。ラムの複数の部材の実施態様では、摩耗の際にラムのヘッドが交換され得ることが利点である。単にラムがその細長い中間部分により貫通孔を通してジャーナルに差し込まれ得るから、大きなラムヘッドをもつ実施態様では、事情によっては、分解性を提供する。
特にラムと軸受要素との間の接触箇所から熱をより良く搬出するために、好ましくはラムの少なくとも一つの軸方向端の領域に配置されているリブが確認されていた。スピンドルとまたラムと軸受要素との間の接触箇所との冷却は、さらにラムが冷却媒体を貫通させる少なくとも一つの孔を有することによって改良され得る;この場合にラムの軸方向端の領域に少なくとも一つの孔が配置されることが利点である。それ故に、冷却媒体、例えば水の貫通によって、効率的冷却が達成され得る。
この発明の提案によると、ロール軸方向移動システム用の公知の平らなジャーナルスピンドルを大きな圧延スタンドに良好に役立たせる可能性が提供されている。
図面には、この発明の実施例が示されている。
図1aと図1bには、圧延スタンドの二本のロール6を駆動する二本の駆動スピンドルが示されている。システムの構成を容易に認識できるために、下スピンドルが図1a、2、3と4に上スピンドルに対して90°だけ旋回された状態に描かれている。駆動スピンドル1は駆動モータ2により(右に)駆動される。モータのトルクはロール6に(左に)伝達される。この場合に両駆動スピンドル1は二本の軸3と5を有する。ロール6は水平に配置されている回転軸線10を中心に回転する。しかしながら、軸3と5の第二回転軸線11が水平線に対して小さい傾斜角度αの下に位置し、その傾斜角度αは例えば2°と12°の間の値である。
トルクが傾斜角度αにもかかわらずに伝達され得るから、ロール6と第二軸の間に回転継手4が配置されている。これは平らなジャーナルスピンドルの種類に基づいて形成されている。この場合に、この回転継手4は二つの要素、即ちロール集合部7とスピンドルヘッド8から成り、これらは回転せず、互いに相対的に旋回自在に互いに連結されている。ロール集合部7には、ジャーナル(平らなジャーナル)9が形成されていて、そのジャーナルはスピンドルヘッド8の対応する窪み内に到達してそこに支承されている。
第二軸5は回転継手4の反対に向いた端にクラッチ要素を介して多楔形状(図2参照)に第一軸3と連結されている。それ故に、軸3と5の間の軸方向移動とそれに伴うロール6の軸方向移動も実現され得る。
回転継手4の詳細な構成は、図3、4と5から明らかになる。
ロール集合部7とスピンドルヘッド8はそれぞれの回転軸線10或いは11の領域には軸受要素12或いは13を有し、この軸受要素はブロック状に形成され、ロール集合部7或いはスピンドルヘッド8に使用されている。それぞれの他の部分に向いた側面には、各軸受要素12、13は、図5から最も良くわかるように、頭巾状に形成された凹面窪み、即ち半球形状を有する。この場合に、頭巾部の半径は半ラム直径と二倍ラム直径Dの間の値である。既に上述したように、摩耗を僅かに保持するために、半径Rが十分に大きく選定される。それ故に、軸受要素12、13とラム14の間の面押圧が僅かに保持されている。
両軸受要素12と13の間には、一方のスピンドルヘッド8から他方へ軸方向力を伝達するのに適しているラム14が配置されている。それ故に、ジャーナル9自体は軸方向力を作用されないことが達成される;このジャーナルは、図3と4を参照すると、単にスライドブロック9aと9を保持しなければならない。
ラム14は円筒状ピンとして形成されて、その両端領域15と16で軸受要素12、13の頭巾形状に一致して形成されている。
この場合に、ジャーナル9には、円錐状に形成された空所17が設けられ、その空所はラム14を軸方向に貫通するのに適している(図5参照)。ラム14が互いに分離された部材、ロール集合部7とスピンドルヘッド8では外へ落ちないので、ラム14が確実にスピンドルヘッド8内に配置されている。このために、手段18が設けられている。図5が引用され得るように、この手段18は安全要素23によってラム14に固定されるリング22から成る。それ故に、ねじ込まれた爪要素24によって及び突起25によってラム14の軸方向運動自由度がスピンドルヘッド8に対して制限される。
システムの許容運転を保証するために、滑り対の軸受要素ーラムが十分に潤滑剤を供給されることが確認されている。このために、スピンドルヘッド8には、潤滑剤通路19が配置され、軸受要素13の頭巾表面における通路の連通は回転軸線をもつこの表面の交差点に位置する。そこには潤滑グリースが圧力下で供給されるので、軸受要素12とラム14の(右)端16の間の接触面が良く潤滑される。他方の軸受部、即ち軸受要素12とラム14の(左)端15の間の接触面も潤滑剤を供給されるので、ラム14はラムを完全に且つ中心に貫通する細長い孔20を備えている。この孔20を通して潤滑グリースが右ラムから左ラムまで到達し得る。
ラム14はスピンドル配列の運転では回転を行わず、むしろラムはその長手軸線を中心とするよろめき運動を実行する。企図された潤滑剤供給は軸受部の良好な潤滑を確保する。軸受部における摩擦状況は、自己潤滑性の工作材が使用されることにより促進されている。
ロール6の据え付けや取り外しの際にロール集合部7の面ジャーナル9がスピンドルヘッド8に挿入される。ラム14は−説明されたように−確実にスピンドルヘッド8内に保持されている。新たなロールの進入の際にラム14の(左)端が軸受要素12の頭巾内に中心合わせする。
図5から読み取られるように、両回転中心点の一方がロール軸線上のラム14の半球状端に配置され、他方がスピンドル軸線上に配置されることが企図されている。さらに、ラム14の端部における半径Rが小さく保持される(半径選択に対する上記実施態様に示唆され、それにより部材間の僅かな面圧とそれに伴う僅かな摩耗を保持するために、十分に大きな半径Rが設けなければならない)。他方、ラム14の長さは十分に大きくなければならない。実施例では、この長さは400mmから600mmまでの値である。好ましい態様では、ラムの両端もロール側スピンドルヘッドの回転中心の近くに位置する。ラム14がスピンドルヘッドの回転中心に対して中心に据え付けられるならば、軸受要素12と13とラム14の間の接触領域における相対運動が最小である。この回転中心に正確に位置された頭巾状ラム端は、相対運動をスピンドルの傾斜角αに対応してよろめき運動の形態で受けるのに対して、他方のラム端が相対運動を必要としない。ラム端はスピンドルヘッドの回転中心に対して中心に配置されるか、或いはその回転中心からかなり離れて配置されるならば、ラム端はそれぞれに相対運動を半スピンドル角度に対応して受ける。
一方では、システムの高い機能安全性を得るために、他方では、ラム14の屈曲の危険を阻止するために、ラム14の長さL対直径Dの比は、−図5参照−4と10の間、特に5.5と8.5の間に位置する。
図1a或いは1bには、軸方向に移動自在に配置された(右)端領域には軸受体21が配置されている(詳細に図6に図示されている)ことが見られる。軸受体21の一緒に回転しない部材上、つまり本体の外側に配置された部材上には、図示されていないレバー機構、即ち平衡が作用する。そのようなものとして知られている平衡作用により垂直力と水平力が伝達され得る。圧延スタンドの中心方向におけるロール6の軸方向移動(左へ)の際には、スピンドルヘッド8がロール集合部7の面ジャーナル9より引き摺り下ろされる。これを回避するために、継手スピンドルの1部分はロール6の方向における平衡作用により押圧される。長さ補償における摩擦により吸収されずに、この圧縮力はラム14を介してロール6にさらに伝えられる。その後に、軸方向移動がスタンド中心の方向にて終了されるならば、軸方向平衡力が回避され得る。
軸方向平衡力は完全な高さでスタンド中心の方向における軸方向移動においてのみ作用すべきであった。反対方向における移動の際には、そのほかに力がラム14上で倍増される。この過程の欠陥を含む制御では、摩耗がラム14或いは軸受要素12、13の軸受部において増加する。けれども、集合部からロール側スピンドルヘッドの取り外しは、公知の解決策とは違って、シリンダが水平平衡作用のために圧力のみを伝達できるように構成されるとき及びシリンダの油圧がロール6の軸方向移動シリンダ上の油圧と連結されるときには、心配することはない。
図7と図8では、ラム15が図3と図5におけるようにのみ実施される必要がないことが解る。図7と図8の解決策ではラム15は複数の部材、即ちロッド要素26から成り、そのロッド要素の両軸方向端には、一個づつのラムヘッド27或いは28が取り付けられている。この場合にラムヘッド27、28はねじ連結部29によってロッド要素28に固定されている。それによって摩耗の際に唯一の部材、即ちラムヘッドを交換するべき可能性が生じる。
この場合に、ロッド要素26にねじ込まれたラムヘッド27或いは28は安全部31によって意図的でない解決策として維持され得る。
冷却の改良は、図7と8による解決策では、リブ30が−ここではラムヘッド27のためにのみ実現されーラムヘッド28に配置されることによって達成される。それ故に、公知のように、熱取り出す面が拡大される。
球状ラム端と軸受要素12、13の間に生じる摩擦熱はラムの有利な構成によって回避されるか、或いは媒体〈冷却空気、冷却水など)による内部冷却及び外部冷却又はいずれか一方によって取り出される。この軸受要素が非常に良好に熱が取り出され得るから、軸受要素12、13用材料として黄銅が注視され得る。無論、この材料は耐摩耗性における限度を有する。炭素繊維結合工作材も、高い剛性特性を有する軸受要素12、13の材料として設けられ得る。けれども、そこにはこの材料の比較的悪い熱伝導性に基づいて限界が生じる。冷却或いは潤滑するために、確かに、軸受要素12、13とラム14の間の接触個所における高い温度のために出来るだけ温度安定であるべきであるグリースが使用され得る。
この発明の提案は成分の申し分のない運動学及び簡単で立体的でコンパクトな構成を特徴とする。それ故に、費用の安い実現が可能である。特に軸受要素12、13とラム14の間の接触個所の内部冷却及び外部冷却又はいずれか一方は構造の性能を支援する。
圧延スタンドの二本のロールの主駆動部用の二本の駆動スピンドルを側面図で示す。 図1aによる駆動スピンドルの平面図を示す。 図1aによる両駆動スピンドルの拡大表示を示す。 図2による細部Xを示す。 図1aによる断面BーBを示す。 図3の上部分の拡大表示を示す。 図2による細部Zを示す。 図5による表示においてこの発明の別の構成を示す。 ラムを斜視図で示す。
符号の説明
1.....駆動スピンドル
2.....駆動モータ
3.....第一軸
4.....回転継手
5.....第二軸
6.....ロール
7.....ロール集合部
8.....ロール側スピンドルヘッド
9.....平らなジャーナル
9a....滑り石
9b....滑り石
10....ロールの回転軸線
11....第二軸の回転軸線
12....軸受要素
13....軸受要素
14....ラム
15....ラムの端領域
16....ラムの端領域
17....空所
18....ラムの喪失阻止配列手段
19....潤滑剤通路
20....長い孔
21....平衡用軸受体
22....リング
23....安全要素
24....爪要素
25....突起
26....ロッド要素
27....ラムヘッド
28....ラムヘッド
29....ねじ結合部
30....リブ
31....安全部
α.....傾斜角度
L.....ラムの長さ
D.....ラムの直径
R.....半径

Claims (21)

  1. 駆動モータ(2)からクラッチ要素へトルクを伝達する第一軸(3)と、クラッチ要素から回転継手(4)を介して圧延スタンドのロール(6)へトルクを伝達する第二軸(5)とを有し、この際に回転継手(4)がロール(6)とねじり式に連結されるロール集合部(7)及び第二軸(5)とねじり式に連結される第二スピンドルヘッド(8)を有し、そしてこの際にロール集合部(7)とスピンドルヘッド(8)の間の回転結合がスライドブロックとジャーナル(9)によって行なわれ、そのジャーナルがスピンドルヘッド(8)とねじり式に連結されるけれども、ロール(6)の回転軸線(10)と第二軸(4)の回転軸線(11)との間の傾斜角度(α)を許容して支承されている圧延スタンドの主駆動部の駆動スピンドル(1)において、ロール集合部(7)とスピンドルヘッド(8)の間には、力を受ける軸受要素(12、13)が第二軸(5)とロール(6)の軸線の方向に配置されており、この際に両軸受要素(12、13)の間には軸方向力を伝達するラム(14)がロール集合部(7)とスピンドルヘッド(8)の間に配置されていることを特徴とする駆動スピンドル。
  2. 軸受要素(12、13)はロール(6)或いは第二軸(5)のそれぞれの回転軸線(10、11)に対して同心状に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の駆動スピンドル。
  3. 軸受要素(12、13)はラム(14)と一緒に一つづつの滑り軸受部を形成することを特徴とする請求項1或いは請求項2に記載の駆動スピンドル。
  4. 軸受要素(12、13)はラム(14)との領域にて断面の凹面形状を有し、そしてラム(14)の端領域は凹面形状に対応する凸面形状を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  5. 軸受要素(12、13)はラム(14)との領域にて断面の実質的に半球の形状を有することを特徴とする請求項4に記載の駆動スピンドル。
  6. ジャーナル(9)は実質的に板状に形成されて、ラム(14)を貫通する空所(17)を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  7. 空所(17)が円錐形状を有することを特徴とする請求項6に記載の駆動スピンドル。
  8. ラム(14)が確実にロール集合部(7)及びスピンドルヘッド(8)又はそのいずれかの一方と連結されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  9. ラム(14)がピン状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  10. ラム(14)の長さ(L)と直径(D)の比は4と10の間にあることを特徴とする請求項9に記載の駆動スピンドル。
  11. 軸受要素(12、13)とラム(14)の半球の半径(R)は半ラム直径と二倍ラム直径(D)の間にあることを特徴とする請求項5乃至10のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  12. 軸受要素(12、13)の少なくとも一方とラム(14)の間の接触領域に、スピンドルヘッド(8)を貫通する潤滑剤通路(19)が連通し、その通路(19)を介して接触領域に潤滑剤が供給され得ることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  13. 軸受要素(13)の一方とラム(14)の間の接触領域にのみ潤滑剤通路(19)が連通し、そしてラム(14)は他方の軸受要素(12)の領域に潤滑剤を搬送するためにラムに貫通する長孔(20)を有することを特徴とする請求項12に記載の駆動スピンドル。
  14. 軸受要素(12、13)は自己潤滑性の工作材から成ることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  15. 第一軸(3)の上或いは傍には軸受体(21)が配置されており、第二軸(5)上に平衡力を伝えるのに適していることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  16. ラム(14)は複数の互いに連結された構成部材であるロッド要素とラムヘッド(26、27、28)から成ることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  17. ラム(14)は一本のロッド要素(26)から成り、そのロッド要素端部にはそれぞれ一個のラムヘッド(27、28)が配置されていることを特徴とする請求項16に記載の駆動スピンドル。
  18. 構成部材であるロッド要素とラムヘッド(26、27、28)はねじ結合部(29)と互いに連結されていることを特徴とする請求項16或いは請求項17に記載の駆動スピンドル。
  19. ラム(14)は、軸方向端部の領域にてリブ(30)を有することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  20. ラム(14)は冷却媒体を通過させる少なくとも一つの孔を有することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の駆動スピンドル。
  21. 冷却媒体を通過させる少なくとも一つの孔がラム(14)の軸方向領域に延びていることを特徴とする請求項20に記載の駆動スピンドル。
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