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Die
Erfindung betrifft einen Verdrehantrieb für einen Rollenständer gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Der
Rollenständer
eines Rollenwechslers weist meist zwei oder drei Rollenträger zur
Aufnahme je einer Materialrolle auf. Beim Rollenwechsel und beim
Ausachsen einer abgelaufenen bzw. beim Aufachsen einer neuen Materialrolle
wird der Rollenständer
um eine Drehachse verschwenkt. Die Längsachsen der Materialrollen
befinden sich in einer von der Drehachse entfernten, aber zu dieser
parallelen Achse. Beim Verschwenken des Rollenständers wirken je nach Beladezustand
der einzelnen Rollenträger
mit vollen oder abgelaufenen Materialrollen unterschiedliche Kräfte und
Momente auf die Drehachse. Das Verschwenken erfolgt mit vergleichsweise geringer
Geschwindigkeit, zur Bewegung der schweren Materialrollen ist allerdings
vom Antrieb der Drehachse ein hohes Drehmoment aufzubringen. Dieses hohe
Drehmoment muss sicher und möglichst
ohne Schlupf auf die Drehachse übertragen
werden.
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Aus
dem Stand der Technik sind für
derartige Verdrehantriebe bisher Spannverbindungen oder Klemmverbindungen
bekannt. Meist wird ein Pressverband mit zylindrischen Wirkflächen für diese
Anwendung verwendet.
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Sowohl
die Montagebedingungen als auch die Drehmomentübertragung für hohe Drehmomente sind
bei den aus dem Stand der Technik bekannten Welle-Nabe-Verbindungen teilweise
problematisch.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdrehantrieb für einen
Rollenständer
zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass der Verdrehantrieb gegenüber
den Welle-Nabe-Verbindungen, welche als zylindrische Pressverbindungen
ausgeführt
sind, deutlich vereinfachte Montagebedingungen vorhanden sind und
dass ein genauer zentrischer Sitz erreicht wird, wodurch eine hohe
Laufgenauigkeit und Laufruhe erreicht wird.
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Bei
einer kegelförmigen
Verbindung zwischen Drehteilen muss vergleichsweise über einen sehr
viel kürzeren
Weg gepresst werden, wobei dieser Pressweg zusammen mit der Endkraft
gleichzeitig ein Maß für die Qualität der Verbindung
bzw. die durch sie übertragbaren
Momente darstellt. Im Vergleich zu üblichen Spannelementen können durch die
Größe der Kegelflächen die
Flächenpressungen niedriger
gehalten und trotzdem eine hohe Drehmomentübertragung gewährleistet
werden.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verdrehantrieb für einen
Rollenständer
eines Rollenwechslers derart ausgeführt, dass eine Drehachse des
Rollenständers durch
eine Reibschlussverbindung mit kegeligen Wirkflächen drehmomentübertagend
mit einer Abtriebswelle eines Verdrehgetriebes verbunden wird. Diese
Reibschlussverbindung ist dem Fachmann auch als Kegelpressverband
bekannt.
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Der
Antrieb weist weiterhin einen Antriebsmotor auf, welcher durch verschiedene
Arten mit dem Verdrehgetriebe gekoppelt sein kann. In einer bevorzugten
Ausführungsform
kann der Antrieb als Getriebemotor ausgeführt sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Abtriebswelle des Verdrehgetriebes eine Hohlwelle mit einem
Innenkonus. Die Drehachse wird in dieser Ausführungsform durch einen zumindest
abschnittsweise konisch geformten Wellenzapfen gebildet. Bei diesem
Kegelpressverband schiebt sich die verspannte Hohlwelle bei der
ersten Belastung der Verbindung durch ein Drehmoment schraubenförmig auf
den Wellenzapfen auf, wodurch eine besonders feste Verbindung erreicht
wird.
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Der
Wellenzapfen nimmt einen Tragrahmen auf, auf welchem Rollentragarme
und weitere Komponenten des Rollenständers montiert sind, und er weist
weiterhin einen zylindrischen Lagerabschnitt auf, mit welchem der
Tragrahmen in einer Seitenwand des Rollenwechslers drehbar gelagert
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird die Nabe bzw. Hohlwelle aus Sphäroguss (GGG60) gefertigt, die
Drehachse aus einem Vergütungsstahl wie
beispielsweise 42CrMo4V. Dadurch wird vorteilhafterweise das Fressen
der Teile durch Adhäsionskräfte, wie
es bei Stahl-Stahl-Verbindungen bekannt ist, vermieden. Durch die
Auswahl der Materialkombination von Nabe und Drehachse können die
Haftbeiwerte des Kegelpressverbandes variiert werden.
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Die
Nabe kann als Abtriebswelle des Verdrehgetriebes durch verschiedenartige
Getriebeelemente gebildet sein, beispielsweise sind hier eine Keilriemenscheibe,
eine Zahnriemenscheibe oder ein Zahnrad denkbar. Dann wird das Drehmoment vom
Antriebsmotor über
die Nabe, welche als Abtriebswelle des Verdrehantriebes fungiert,
auf die Drehachse übertragen.
Die Gestaltung der Abtriebswelle für unterschiedliche Getriebearten
bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten. Die axiale Ausdehnung
der Nabe muss dabei die für
den Kegelpressverband erforderliche Länge mindestens erreichen.
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Der
Fachmann kann den Kegelpressverband anhand des zu übertragenden
Drehmomentes in Kegelwinkel und Sitzlänge dimensionieren. Hierfür gibt es
DIN-Normen und entsprechende Software. Als vorteilhaft hat sich
ein Kegelverhältnis
von 1:30 für die Übertragung
hoher Drehmomente herausgestellt. Das Kegelverhältnis C ist definiert durch
den Quotient aus der Differenz der Kegeldurchmesser und der Kegellänge: C =
(D1-D2)/l.
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Die
Berechnung des Kegelpressverbandes erfolgt analog der bekannten
zylindrischen Pressverbände
mit einem mittleren Fugendurchmesser. Zusätzlich ist die Berechnung der
erforderlichen Aufpresskraft notwendig.
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Das
Fügen des
Kegelpressverbandes erfolgt vorzugsweise hydraulisch beispielsweise
durch Druckölverbände gefügt mit Mineralöl oder durch Druckölverbände mit
entfetteten Pressflächen
(gefügt
mit Glycerin). Die axiale Sicherung erfolgt vorzugsweise durch Verschrauben
von Wellenzapfen und Nabe.
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Eine
Drehmomentstütze
ist zum Schutz gegen eine ungewollte Verdrehung des Antriebes vorteilhafterweise
vorzusehen. Sie ist so konzipiert, dass sie mit hoher Sicherheit
die maximale Belastung am Ausgang des Getriebes bzw. des Getriebemotors aushalten
kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht a) und eine teilweise Vorderansicht b) eines Rollenständers mit
einem Verdrehantrieb;
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2 eine
Welle-Nabe-Verbindung in teilweisem Längsschnitt;
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3 einen
Wellenzapfen in perspektivischer Darstellung;
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4 den
Wellenzapfen gemäß 3 in
einer Seitenansicht und einer Vorderansicht;
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5 eine
Nabe in Vorder- und Seitenansicht;
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6 die
Welle-Narbe-Verbindung in Quer- und Längsschnittdarstellung a) und
b).
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1 zeigt
einen Rollenständer 01 eines Rollenwechslers,
z. B. einer Rollenrotationsdruckmaschine. In 1a) ist
eine Seitenansicht dargestellt und 1b) zeigt
die Antriebsseite des Rollenständers 01 als
Vorderansicht. Der Rollenständer 01 weist
einen Tragrahmen 02 auf, an welchem Rollentragarme 03 verschiebbar
montiert sind. Der Tragrahmen 02 ist über einen Wellenzapfen 04 mit
einem Verdrehantrieb 06 verbunden. Der Verdrehantrieb 06 umfasst
einen Antriebsmotor 07 und ein Verdrehgetriebe 08,
welches später
noch detailliert erläutert wird.
Der Verdrehantrieb 06 umfasst weiterhin eine Drehmomentstütze 09,
welche ein Verdrehen des Verdrehgetriebes 08 durch die
Belastung einer nicht dargestellten, in den Rollentragarmen 03 aufgeachsten
Materialrolle verhindert.
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2 zeigt
eine teilweise Längsschnittdarstellung
einer Welle-Nabe Verbindung. Der Wellenzapfen 04 ist in
einer Seitenwand 11 des Rollenwechslers um seine Drehachse 12 drehbar
gelagert. Dazu dient ein zylindrischer Lagerabschnitt a des Wellenzapfens 04.
Die Drehachse 12 des Wellenzapfens 04 ist auch
gleichzeitig die Verdrehachse des Rollenständers 01 (nicht dargestellt).
Am Wellenzapfen 04 ist der Tragrahmen 02 drehfest
montiert, auf welchem die Rollentragarme 03 befestigt sind.
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Im
Verdrehgetriebe 08 ist eine Hohlwelle 13 in Lagern 14 um
die Drehachse 12 drehbar und mit dieser koaxial gelagert.
Die Hohlwelle 13 wird vom in 2 nicht
dargestellten Antriebsmotor in Drehung versetzt und ist gleichzeitig
als Nabe 13 drehmomentübertragend
mit dem Wellenzapfen 04 verbunden. Dies geschieht durch
einen Kegelpressverband. Die Wirkflächen 15; 16 des
Kegelpressverbandes sind eine konische Innenfläche 15 an einem Abschnitt
der Hohlwelle 13 und eine konische Außenfläche 16 an einem Abschnitt
b des Wellenzapfens 04. Der Kegelpressverband wird vorzugsweise
durch axiales Auf- und Abziehen mit einem Hydraulikwerkzeug montiert
bzw. demontiert.
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Eine
axiale Sicherung erfolgt in der bevorzugten Ausführungsform mittels einer Spannmutter 17,
welche Wellenzapfen 04 und Nabe 13 miteinander
verspannt. Die Drehmomentstütze 09 verhindert ein
unbeabsichtigtes Verdrehen des Verdrehantriebes 06 bei
Belastung des Rollenständers 01 mit
einer Materialrolle im Abrollbetrieb. Ein Verdrehen der Drehachse 12 erfolgt
ausschließlich
beim Rollenwechsel.
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Im
Wellenzapfen 04 ist im konischen Abschnitt b eine Abdrückrille 18 vorgesehen,
welche mit einer Abdrückbohrung 19 verbunden
ist, durch welche bei der Montage oder Demontage mittels Werkzeug
eine Flüssigkeit
oder Druckluft eingeleitet werden kann, um die Montage bzw. Demontage
zu erleichtern.
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3 zeigt
den Wellenzapfen 04 in perspektivischer Ansicht. Der zylindrische
Lagerabschnitt a ist etwa halb so lang wie der konische Abschnitt
b des Wellenzapfens 04. Eine Montagescheibe 21 dient
der verdrehfesten Befestigung des Wellenzapfens 04 am nicht
dargestellten Tragrahmen 02 beispielsweise mittels Schrauben.
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In
den 4 und 5 sind der Wellenzapfen 04 und
die Nabe 13 jeweils in Vorderansicht und Seitenansicht
dargestellt. Die zuvor erläuterten
Abschnitte und Teile sind den Figuren zu entnehmen.
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In 6 ist
eine Querschnitt- 6a) und eine Längsschnittansicht 6b)
der Welle-Nabe-Verbindung
gezeigt. Der in Abb. a dargestellte Querschnitt ist ein Schnitt
entlang der Linie E-E in 6b) In
der Querschnittsdarstellung ist die Verbindung der Abdrückbohrung 19 mit
der Abdrückrille 18 durch
einen radialen Abschnitt zu erkennen.
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Eine
axiale Sicherung ist in dieser 6 nicht
dargestellt.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Welle-Nabe-Verbindung in einem Verdrehantrieb eines Rollenwechslers.
Hierbei handelt es sich um einen Schneckengetriebemotor. Die Nabe 13 ist
mit dem Wellenzapfen 04 wiederum durch einen Kegelpressverband
verbunden und durch die Spannmutter 17 axial gesichert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann auch die Abtriebswelle des Motors selbst die Hohlwelle 13 sein,
mit der der Wellenzapfen 04 drehmomentübertragend verbunden ist.
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- 01
- Rollenständer
- 02
- Tragrahmen
- 03
- Rollentragarme
- 04
- Wellenzapfen
- 05
- –
- 06
- Verdrehantrieb
- 07
- Antriebsmotor
- 08
- Verdrehgetriebe
- 09
- Drehmomentstütze
- 10
- –
- 11
- Seitenwand
- 12
- Drehachse
- 13
- Hohlwelle,
Nabe
- 14
- Lager
- 15
- Wirkfläche, Innenkonus
- 16
- Wirkfläche, Außenfläche
- 17
- Spannmutter
- 18
- Abdrückrille
- 19
- Abdrückbohrung
- 20
- –
- 21
- Montagescheibe
- a
- Lagerabschnitt
- b
- Abschnitt