KR101052718B1 - 특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인의 안전 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 톱니부가 형성된 스핀들 섹션(1)과 억지 끼워 맞춤이 이뤄지는 스핀들 섹션(6)을 브릿징하는, 특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인을 위한 과부하 방지용 안전 커플링에 관한 것이다. 축 방향 과부하에 대한 안전 커플링을 토크로 인한 과부하에 대한 회전 방지 기구와 조합시키기 위해, 안전 커플링에는 회전 슬라이딩 슬리브(3)가 형성되는데, 그 회전 슬라이딩 슬리브(3)는 일 단부에서 내부 톱니부에 의해 스핀들 섹션(1)을 축 방향으로 변위 가능하게 수납하고, 타 단부에서 내부 슬리브(4)에 의해 스핀들 섹션(6)의 둘레에 억지 끼워 맞춤으로 맞물리는 회전 슬라이딩 슬리브(3)를 구비하며, 그 회전 슬라이딩 슬리브(3)의 후방 슬리브형 연장부(13)가 압력 슬리브(5) 및 압력 유체에 의한 텐션이 걸린 압력 갭(14)에 의해 과부하 시에 항복하는 회전 불가능한 마찰 맞물림 연결을 생성한다. 축 방향 과부하에 대한 안전 커플링을 토크로 인한 과부하에 대한 회전 방지 기구와 조합시키기 위해, 안전 커플링은 스핀들 섹션(1)에 고정 베어링(2)이 형성되고, 스핀들 섹션(3)에 가동 베어링(8)이 형성되도록 구성된다.

안전 커플링, 스핀들 섹션, 억지 끼워 맞춤, 회전 슬라이딩 슬리브, 내부 슬리브, 압력 슬리브, 압력 갭, 고정 베어링, 가동 베어링

Description

특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인의 안전 커플링{SECURITY COUPLING IN PARTICULAR FOR MAIN DRIVETRAINS ON ROLLING STANDS}

본 발명은 톱니부가 형성된 스핀들 섹션과 억지 끼워 맞춤이 이뤄지는 스핀들 섹션을 브릿징하는, 특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인의 안전 커플링에 관한 것이다.

오늘날, 현대적인 후판 롤 스탠드들에서는, 모멘트로 인한 과부하에 대비한 회전 안전 커플링을 모터 측에서 축 방향으로 이동 가능한 구동 축의 밖에 배치하는 것이 아주 통상적이다.

조인트 축의 경우에는, 예컨대 롤 경사 균열로 인한 축 방향 과부하에 대한 안전 기능이 변위 부재에서 얻어진다. 여기서, 그러한 변위 부재는 롤의 활동 변위 시에 길이를 보상하는 역할도 한다.

조인트 축과는 대조적으로, 플랫 피봇 스핀들은 축 방향 변위 가능성을 갖지 않는다. 플랫 피봇 구동 장치에서는, 롤 측 와블러(wobbler)와 조인트 헤드 사이에서 축 방향 변위가 구현되지 않는다. 롤을 축 방향으로 좀더 많이 변위시키기 위해 또는 사고 시의 보호 기능으로서, 스플라인 샤프트 상에서 조인트 헤드를 변위시키는 방안이 별개로 적용된다.

예컨대, 문헌 DE 38 11 790 A1로부터 나선형 톱니를 갖는 조인트 스핀들을 구비한 압연기 구동 장치가 공지되어 있다. 피니언과 작업 롤들 사이에 배치되는 축 방향 변위 가능한 그러한 각각의 조인트 스핀들에서는, 스핀들 조인트가 나선형 톱니부를 구비한 커플링 와블러와 그 와블러의 둘레에 맞물리고 내부 톱니부를 구비한 커플링 슬리브로 형성된다. 커플링 슬리브들은 피니언 또는 작업 롤의 축 저널 상에서 슬라이딩한다. 그러한 조인트 스핀들은 스핀들 축선의 구역에 배치된 지지 요소들 및 축 방향으로 변위 가능한 압력 플런저들에 의해 커플링 슬리브들 사이에서 안내된다. 조인트 스핀들에 커플링된 작업 롤의 축 방향 변위를 보상하기 위해, 커플링 슬리브의 내부 톱니부는 적어도 조인트 스핀들의 가능한 축 방향 변위의 크기에 해당하는 지지 길이(L)로 와블러의 나선형 톱니부 위에 맞물린다.

문헌 DE 37 06 577 C2는 나선형 톱니부를 갖는 커플링 와불러와, 그 와불러의 둘레에 맞물리는, 지지 볼들 및 압력 스탬프에 의해 스핀들 축의 양단에 지지된 연결 슬리브의 내부 톱니부가 스핀들 축의 단부들에 마련되고, 홈을 구비한 오일 공급 링이 부속된 오일 순환 윤활 장치를 구비하는 압연기 구동 장치용 톱니 조인트 스핀들을 개시하고 있다. 오일 공급 링은 스핀들 축을 밀봉되게 둘러싸고, 축 방향 변위를 방지하면서 그 스핀들 축 상에 회전 가능하게 장착되는데, 홈은 스핀들 축에 있는 하나 이상의 반경 방향 구멍을 통해 스핀들 축에 종 방향으로 연장된 하나 이상의 중심 채널에 접속되며, 그 중심 채널로부터 오일이 윤활 및 냉각 대상 톱니 커플링으로 공급될 수 있다. 중심 채널의 구멍은 판 스프링에 의해 편향된 압력 플런저를 수납하기 위해 스핀들 축의 롤 측 단부 구역에서 확대된 지름을 갖는다. 스핀들 축 상에 장착된 하나 이상의 오일 반출 하우징은 톱니 커플링과 오일 공급 링을 밀봉되게 둘러싼다. 스핀들 축은 하나 이상의 커플링 와블러에서 회전 불가능하지만 축 방향으로 변위 가능하게 안내되고, 지지 볼을 구비한 축 방향으로 편향된 안내 슬리브 상에서 축 방향으로 변위 가능하게 안내된다. 중심 채널은 스핀들 축에 대해 축 방향으로 변위 가능한 커플링 와블러와 스핀들 축에 대해 축 방향으로 변위 가능한 안내 슬리브와 압력 스탬프에 대해 이동 가능한 지지 볼들과 내부 톱니부에 대해 이동 가능한 나선형 톱니부 사이의 마찰 면들을 순환 윤활하기 위한 구멍들 및 오일 라인들을 구비한다.

문헌 DE 40 28 158 A1은 커플링하려는 부품들 사이에 고정될 수 있고 반경 방향으로 바깥쪽으로는 물론 안쪽으로 팽창될 수 있는 대략 원통형의 커플링 부재를 포함하여 그 커플링 부재의 개재를 매개로 하여 부품들에 커플링 압력을 인가하는, 서로 동축상으로 회전될 수 있는 부품들을 서로 커플링하기 위한 커플링을 개시하고 있다. 커플링 부재는 압력 흐름 채널에 의해 압력을 공급하여 커플링 부재를 팽창시키려고 의도된 압력 챔버를 포함하고, 그 압력 챔버는 전술된 부품들의 상대 회전 시에 작동되는 감압 장치를 구비한다. 커플링 부재는 전술된 부품들 중의 제2 부품에 비해 더 큰 커플링 압력을 제1 부품에 인가하도록 구성되고, 감압 장치는 제1 부품과 커플링 부재 사이의 상대 회전 시에 작동되되, 제2 부품과 커플링 부재 사이의 상대 회전을 가능하게 하도록 구성된다.

문헌 DE 34 19 307 A1은 중공 축으로서 형성되어 하우징 내의 이격된 베어링들에 지지되는 기어 박스 입력 축과 그에 삽입될 수 있는 구동 축 사이의 분리 가 능한 마찰 맞물림 연결을 위한 장치를 개시하고 있다. 기어 박스 입력 축에는, 베어링들 전방에서 종료되고 액체로 채워진 작은 반경 방향 폭의 환형 챔버가 형성된다. 적어도 기어 박스 입력 축의 단부에는, 환형 챔버에 접속되어 액체에 압력을 인가함으로써 기억 박스 입력 축을 구동 축 상에 고정적으로 클램핑하는 장치가 마련된다.

문헌 EP 0 429 468 B1은 구동 축 또는 종동 축에 회전 불가능하게 연결되고, 서로 대면한 2개의 압력 추진 면들에 의해 서로 맞물려 마찰 맞물림 연결부를 형성하는 서로 동축상의 2개의 커플링 요소들을 구비하는 토크 제한 커플링 장치를 개시하고 있다. 마찰 맞물림 연결부는 커플링에 작용하는 토크가 미리 정해진 값을 초과할 경우에 연결 상태로부터 풀리도록 그 마찰력의 크기가 정해진다. 마찰 맞물림 연결부의 연결 풀림이 일어나는 것을 탐지하여 그러한 연결 풀림의 발발시에 커플링을 분리시키는 장치가 마련된다. 마찰 맞물림 연결부는 커플링 요소에 견고히 연결되어 압입 끼워 맞춤 시에 다른 커플링 요소에 견고히 연결된 원통형 부시를 지지하는 원통부를 구비한다. 또한, 그러한 커플링 장치는 마찰 맞물림 연결부에서 연결 풀림이 일어날 때에 압력이 걸린 매체를 배출 채널에 급송하도록 검출 장치에 의해 구동되는 고압 펌프를 구비한다. 다수의 개구부들이 하나 이상의 마찰 면에 형성되어 펌프의 배출 채널로 통해져 있다. 그러한 개구부들은 압력 매체의 공급 시에 마찰 면들과 함께 유체 정압 층을 형성하도록 형성된다.

문헌 DE 101 12 088 A1은 서로 유격 없이 커플링시키려는 2개의 장치 요소들, 즉 제1 구동 측 장치 요소와 제2 종동 측 장치 요소를 논-포지티브 방식으로 연결하기 위한 연결 커플링에서 부분적으로 탄성 변형될 수 있는 하나 이상의 벽에 의해 한정되어 압력 매체로 채워질 수 있는 개재 공간을 사용하여 압력을 구축하는 방법에 관한 것이다. 연결 커플링의 회전 동안, 압력 매체는 동반 회전하는 압력 매체 탱크로부터 연결 커플링의 외연부 구역에 배치된 하나 이상의 급송 장치에 의해 개재 공간으로 급송되는데, 그 경우에 구동은 직접적으로 또는 하나 이상의 전동 수단을 경유하여 간접적으로 급송 장치에 작용하는 편심륜에 의해 이뤄진다.

전술된 선행 기술들로부터 비롯된 본 발명의 목적은 특히 스핀들의 균형을 잡기 위한 2개의 베어링을 구비하는 플랫 피봇 구동 장치에 있어서, 조합된 회전/미끄럼 방지 장치를 바람직하게는 현존 구동 장치에 통합시키는 것을 성취하는 방안을 모색하는 것이다.

그러한 목적은 톱니부가 형성된 스핀들 섹션과 억지 끼워 맞춤이 이뤄지는 스핀들 섹션을 브릿징하는, 특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인을 위한 과부하 보호용 안전 커플링에서 본 발명에 따른 회전 슬라이딩 슬리브에 의해 달성되게 되는데, 본 발명에 따라 제안되는 그러한 회전 슬라이딩 슬리브는 일 단부에서 내부 톱니부에 의해 스핀들 섹션을 축 방향으로 변위 가능하게 수납하고, 타 단부에서 내부 슬리브에 의해 스핀들 섹션의 둘레에 억지 끼워 맞춤으로 맞물리며, 그 회전 슬라이딩 슬리브의 후방 슬리브형 연장부가 압력 슬리브 및 압력 유체에 의한 텐션이 걸린 압력 갭에 의해 과부하 시에 항복하는 회전 불가능한 마찰 맞물림 연결을 생성한다. 그러한 조치에 의해, 축 방향 과부하에 대한 보호 기구를 토크로 인한 과부하에 대한 회전 방지 기구와 조합시키는 것이 성취되게 된다.

그러한 안전 커플링의 구성에서는, 축 방향 커플링 압력을 수용하기 위해 바람직하게는 외부에 놓이는 축 방향 압력 실린더들이 과부하 시에 휘어지기 쉽게 형성된 스핀들 섹션들 사이의 스페이서(spacer)로서 배치되도록 하는 조치가 취해진다.

본 발명의 또 다른 구성들은 종속 청구항들에 상응하게 조치된다.

그와 관련하여, 하나의 스핀들 섹션에 고정 베어링이 형성되고, 다른 스핀들 섹션에 가동 베어링이 형성되도록 하는 조치가 취해질 수 있다.

또한, 고정 베어링 쪽으로 스핀들 섹션에 축 방향 과부하가 걸렸을 때에, 그 스핀들 섹션이 가동 베어링, 회전 방지 기구, 및 내부 톱니부가 달린 회전 슬라이딩 슬리브와 함께 다른 스핀들 섹션의 외부 톱니부가 달린 부분을 경유하여 슬라이딩할 수 있도록 하는 조치가 취해질 수 있다.

아울러, 그러한 축 방향 변위의 작동력이 실린더들에서의 압력에 의해 조절될 수 있는 것이 유리하다. 또한, 그 실린더들이 커플링 작용을 제어하거나 감쇠하도록 구성되는 것이 유리하다.

바람직한 구성에서는, 토크 과부하 시에 스핀들 섹션이 그에 고정 연결된 슬리브에 의해 회전 슬라이딩 슬리브 및 압력 슬리브에 대해 빠져나올 수 있도록 구성되고, 그 스핀들 섹션에 고정 연결된 전단 링이 전단 밸브와 연동하며, 그럼으로써 압력 갭 내의 압력 유체에 의해 프리텐션이 걸려 있던 연결이 분리되도록 하는 조치가 취해진다. 그러한 분리 후에, 베어링을 매개로 하여 회전이 이뤄지고, 그런 연후에 압력 슬리브에서의 압력에 의해 분리 모멘트가 나오게 된다.

첨부 도면에 개략적으로 도시된 실시예에 관한 이후의 상세한 설명으로부터 본 발명의 또 다른 명세들, 특징들, 및 장점들을 명확하게 파악하게 될 것이다.

단일의 첨부 도면인 도 1은 톱니부가 형성된 스핀들 섹션과 억지 끼워 맞춤이 이뤄지는 스핀들 섹션을 브릿징하는, 특히 롤 스탠드에 설치된 주 구동 트레인의 조합된 회전/슬라이딩 안전 커플링을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 안전 커플링에는, 일 단부에서 내부 톱니부에 의해 스핀들 섹션(1)을 축 방향으로 변위 가능하게 수납하고 타 단부에서 내부 슬리브(4)에 의해 스핀들 섹션(6)의 둘레에 억지 끼워 맞춤으로 맞물리는 회전 슬라이딩 슬리브(3)가 형성되는데, 내부 슬리브(4) 그 자체는 회전 슬라이딩 슬리브(3)의 후방 슬리브형 연장부(13)가 그 위에 밀어 넣어진 상태에서 압력 유체에 의한 텐션이 걸린 압력 갭(14)을 개재한 채로 압력 슬리브(5)에 의해 그 연장부(13)와 과부하 시에 항복하는 회전 불가능한 마찰 맞물림 연결을 이루고, 축 방향 커플링 압력을 수용하기 위해, 바람직하게는 외부에 놓이는 축 방향 압력 실린더들(7, 7')이 과부하 시에 휘어지게 쉽게 형성된 스핀들 섹션들(1, 6) 사이의 스페이서로서 마련된다.

스핀들 섹션(1)에는 고정 베어링(2)이 형성되고, 스핀들 섹션(6)에는 가동 베어링(8)이 형성된다. 고정 베어링(2) 쪽으로 스핀들 섹션(6)에 축 방향 과부하가 걸렸을 때에, 그 스핀들 섹션은(6) 가동 베어링(8), 회전 방지 기구(4, 5), 및 내부 톱니부가 달린 회전 슬라이딩 슬리브(3)와 함께 스핀들 섹션(1)의 외부 톱니부가 달린 부분을 경유하여 슬라이딩할 수 있다. 그러한 축 방향 변위의 작동력은 실린더들(7, 7')에서의 압력에 의해 조절될 수 있다. 그 경우, 그 실린더들(7, 7')은 커플링 작용을 제어하거나 감쇠하는데 사용될 수 있다.

토크 과부하 시에는, 스핀들 섹션(6)이 그에 고정 연결된 슬리브(4)에 의해 회전 슬라이딩 슬리브(3) 및 압력 슬리브(5)에 대해 풀려나오는데, 그 경우에 스핀들 섹션(6)에 고정 연결된 전단 링(10)이 전단 밸브(11)의 헤드를 분리시킴으로써 압력 갭(14) 내의 압력 유체에 의해 프리텐션이 걸려 있던 연결이 분리되고, 그러한 분리 후에 베어링(12)을 매개로 하여 회전이 이뤄지며, 그런 연후에 압력 슬리브(5)에서의 압력에 의해 분리 모멘트가 나오게 된다.

본 발명에 따른 안전 커플링은 다음과 같이 작동될 수 있다:

외부 톱니부가 달린 스핀들 섹션(1)은 고정 베어링(2)에 의해 축 방향 및 반경 방향으로 지지된다. 그러한 스핀들 섹션(1)은 회전 슬라이딩 슬리브(3)를 경유하여 포지티브 방식으로 필요한 압연 모멘트를 전달한다. 톱니부가 달리지 않은 회전 슬라이딩 슬리브의 단부와 회전 안전 유닛의 압력 슬리브(5) 사이에는 마찰 맞물림이 존재한다. 그러한 마찰 맞물림은 압력 슬리브(5)의 갭에 있는 압력 유체에 의해 유지된다. 내부 슬리브(4)는 스핀들 섹션(6)에 고정적으로 연결된다. 스핀들 섹션(1)과 회전 슬라이딩 슬리브(3) 사이의 톱니 맞물림의 축 방향 이동성은 하나 이상의 실린더(7, 7')에 의해 한정된다.

예컨대, 롤 경사 균열 시에 스핀들 균형화 기구, 모터 측 조인트의 볼트, 중간 축 또는 서보 모터의 축 방향 베어링, 및 경우에 따른 간접 관련 부품들을 손상으로부터 보호하고, 모터들의 축 방향 변위를 방지하기 위해, 고정 베어링 쪽으로 스핀들 섹션(6)에 과부하가 걸릴 경우에, 그 스핀들 섹션(6)은 가동 베어링(8), 회전 방지 기구(4, 5, 10, 11, 12), 및 내부 톱니부가 달린 회전 슬라이딩 슬리브(3)와 함께 스핀들 섹션(1)의 외부 톱니부가 달린 부분을 경유하여 슬라이딩한다. 그러한 슬라이딩 이동은 서로 대면한 2개의 스핀들 단부 면들의 고정 가능한 간격에 의해 한정된다. 그러한 축 방향 변위의 작동력은 실린더들(7, 7')에서의 압력에 의해 조절된다. 최대 압력을 초과하면, 실린더들이 수축하여 변위 이동을 자유롭게 한다. 그러한 실린더들(7, 7')은 능동적인 제어 및 감쇠의 가능성도 또한 제공한다. 가동 베어링(8)의 변위는 디스크 상에서 이뤄진다.

토크 과부하 시에는, 스핀들 섹션(6)이 그에 고정 연결된 슬리브(4)에 의해 회전 슬라이딩 슬리브(3) 및 압력 슬리브(5)에 대해 풀려나온다. 그 경우, 스핀들 섹션(6)에 고정 연결된 전단 링(10)이 전단 밸브(11)의 헤드를 분리시키고, 그에 따라 압력 유체에 의해 프리텐션이 걸려 있던 연결이 분리되게 된다. 그러한 분리 후에는, 베어링(12)을 매개로 하여 회전이 이뤄지고, 그런 연후에 압력 슬리브(5)에서의 압력에 의해 분리 모멘트가 나오게 된다.

Claims (9)

1. 톱니부가 형성된 제 1 스핀들 섹션(1)과 제 2 스핀들 섹션(6)을 브릿지하는 과부하 안전 커플링(overload safety coupling)으로서,

   상기 제 1 스핀들 섹션(1)을 축 방향으로의 변위가 허용되는 방식으로 유지하기 위해 제 1 단부에서 내부 톱니부를 가지는 회전 슬라이딩 슬리브(3);

   상기 제 2 스핀들 섹션(6) 상에 영구적으로 고정되며, 후방 슬리브형 연장부(13)로 되는 상기 슬리브(3)의 제 2 단부에 유지되는 내부 슬리브(4); 및

   상기 후방 슬리브형 연장부(13) 및 내부 슬리브(4) 간의 회전방지 마찰 연결이 야기되도록 텐션이 미리 인가되는 유체 압력 갭(14) 및 압력 슬리브(5);를 구비하며,

   상기 마찰 연결은 과부하 시에 해제되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
2. 제1항에 있어서, 축 방향 커플링 압력을 수용하기 위해, 외부에 놓이는 축 방향 압력 실린더들(7, 7')이 상기 스핀들 섹션들(1, 6) 사이의 스페이서로서 제공되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
3. 제1항에 있어서, 상기 제 1 스핀들 섹션(1)에 고정 베어링(2)이 결합되고, 상기 제 2 스핀들 섹션(6)에 가동 베어링(8)이 결합되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
4. 제2항에 있어서, 상기 축 방향 변위의 작동력은 상기 실린더들(7, 7')에서의 압력을 조절함으로써 셋팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
5. 제2항에 있어서, 상기 실린더들(7, 7')은 상기 커플링 작용을 제어하거나 감쇠하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
6. 제3항에 있어서, 상기 고정 베어링(2)이 설치된 쪽을 향하는 방향으로 상기 제 2 스핀들 섹션(6) 상에 축방향 과부하가 작용하는 경우에, 상기 제 2 스핀들 섹션(6)은 상기 가동 베어링(8), 회전 방지 기구(4, 5, 10, 11, 12) 및 내부 톱니부가 형성된 회전 슬라이딩 슬리브(3)와 함께 상기 제 1 스핀들 섹션(1)의 외부 톱니부 부분을 경유하여 슬라이딩 가능한 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
7. 제1항에 있어서, 토크 과부하 시에, 상기 제 2 스핀들 섹션(6)은 상기 제 2 스핀들 섹션(6)에 고정 연결된 슬리브(4)와 함께 상기 회전 슬라이딩 슬리브(3) 및 압력 슬리브(5)에 대해 미끄러지게 구성되며, 상기 제 2 스핀들 섹션(6)에 고정 연결된 전단 링(10)은 또한 전단 밸브(11)와 접촉하여 상기 전단 링이 상기 전단 밸브(11)를 전단(shear off)시킬 때 상기 압력 갭(14) 중의 압력 매체에 의해 텐션이 미리 인가된 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
8. 제1항에 있어서, 상기 압력 슬리브(5)는 베어링(12)에 의해 상기 내부 슬리브(4) 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.
9. 제1항에 있어서, 미리 설정된 작동 토크는 상기 압력 슬리브(5)에서의 압력을 조절함으로써 세팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 과부하 안전 커플링.

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