DE2355433A1 - Bogenzahn-zwischenwelle zwischen wellen veraenderlichen achsabstandes - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dlpl.-rn-\ Π. -τ ".TZ
Di-J-' ... .viCRT

c.v· -. r,:jr.

M U π c ι. -■ η 12, Ucinsdorfsir. 11

310-21.64lP(21.642H) 6. 11. 1973

SECIM, Courbevoie (Frankreich)

Bogenzahn-Zwischenwelle zwischen Vellen veränderlichen

Achsabstandes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen zwei sich drehenden, einander wesentlich achsparallelen Wellen von veränderlichem Achsabstand durch eine Zwischenwelle, die an jedem Ende mit einem Bogenzahn-Kranz versehen ist, der mit einem zugehörigen Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der benachbarten Welle befestigt ist. Sie ist insbesondere z.B. für den Walzen-Antrieb in Walzgerüsten bestimmt.

Die Leistungsübertragung zwischen einer Antriebsmaschine und

310-(72/108)-Bgn-r (8)

409825/072Ö

einer getriebenen, relativ zur Antriebsmaschine sich verlagernden Maschine ist für die Hersteller von Industrieausrüstungen immer ein wichtiges und oft schwer lösbares Problem gewesen.

Der Antrieb von Walzgerüsten bildet einen besonderen Fall dieses Problems, da dort die Achsen der Ausgangs welle der Antriebsmaschine, z.B. des Kammwalzgerüstes , und der Eingangswelle der die Leistung aufnehmenden Maschine während ihrer Relativverschiebung parallel oder wesentlich parallel bleiben. Bei WaIzgerüsten hat man es mit sehr großen zu übertragenden Drehmomenten (von einigen Tausend oder mehreren Hunderttausend Meterkilogramm ) zu tun. Da ber aus Gründen, die in der Wirkungsweise der Walzgerüste selbst liegen, der Raum für solche Übertragungseinrichtung, hauptsächlich im Durchmesser, so weit wie möglich klein gehalten werden muß, werden die Schwierigkeiten, hierfür eine sowohl technisch als auch wirtschaftlich annehmbare Lösung zu finden, verständlich.

Man hat, um dieses Problem zu lösen, .Zwischenwellen - diese werden üblicherweise und im folgenden auch hier Spindeln genannt mit Kugelgelenk benutzt, die aus einer Übertragungsspindel bestanden, an deren Enden Kardangelenke von möglichst geringem Raumbedarf angebracht waren. Solche Vorrichtung ergibt zwischen ihren Haupt-Bauteilen große Reibung und hohe spezifische Flächendrücke. Daraus folgen schneller Verschleiß und die Notwendigkeit, besondere, sehr sorgfältig entwickelte Werkstoffe zu wählen, die sehr gute mechanische Eigenschaften bieten.

409825/0720

Auch machen die Schwierigkeiten, solche Vorrichtung auszuwuchten, ihre Verwendung zur Leistungsübertragung mit hohen Drehzahlen, wie sie bei modernen Walzgerüstfen üblich sind, sehr schwierig. Und schließlich sind die Spindelköpfe schwierig zu schmieren, und es ist praktisch unmöglich, sie dicht zu bekommen.

Diese Nachteile haben dazu geführt, die Spindeln mit Kugelgelenk durch eine andere Spindelart, sogenannte "Vielzahl-Spindeln", zu ersetzen. Diese Spindelart - sie ist in Fig. 1 dargestellt - weist an jedem Ende einen Außen-Zahnkranz auf, der mit einem Innen-Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der zugehörigen der beiden miteinander zu verbindenden Wellen befestigt ist. Der Zahnkopf und die Zahnflanken sind in Längsrichtung bogenförmig, was die Winkelverlagerung der Spindel im Innen-Zahnkranz möglich macht und somit der Spindel ermöglicht, sich schief zustellen, während die treibende und die getriebene Welle einander achsparallel bleiben. Wenn der Neigungswinkel Null ist (also die treibende und die getriebene Welle miteinander fluchten), nehmen theoretisch alle Zähne an der Drehmomentübertragung teil. Aber wenn die treibende und die getriebene Welle nicht fluchten, dann bildet die Spindel mit jeder von ihnen einen Winkel, und an der Drehmomentübertragung nehmen dann nur diejenigen Zähne teil, die an derjenigen Gelenkachse liegen, um die die Neigung der Welle sich ändert. In der Praxis nehmen auch noch die dieser Gelenkachse benachbarten Zähne an der Drehmomentübertragung teil, da die Zähne sich biegen und ihr Weikstoff sich zusammendrückt. Es ist also die auf einen Zahn ausgeübte Kraft erstens durch den Abstand des Zahnes von der Gelenkachse, in der sich die Richtung

Λ09826/07-20

der Wellen ändert, und zweitens von der Größe des Neigungswinkels zwischen der Spindel und den beiden Wellen abhängig.

Für eine Zwischenwelle (Spindel) gegebener Abmessungen, für ein gegebenes zu übertragendes Drehmoment wird es also einen gewissen Neigungswinkel geben, der nicht überschritten werden darf: Dies ist der Neigungswinkel bei Belastung. Andererseits ergibt selbst dann, wenn keine bedeutenden Drehmomente zu übertragen sind, die geometrische Form des Ganzen eine Grenze für den größten möglichen Richtungsänderungs-Winkel: Das ist der Neigungswinkel im Leerlauf.

Der Antrieb von Walzgerüsten geschieht stets über Untersetzungsgetriebe großen Raumbedarfs, eben weil die zu übertragenden Leistungen so groß sind. Es ist daher praktisch unmöglich, die Achsen der Ausgangs wellen der Untersetzungsgetriebe mit den Achsen der anzutreibenden Walzen zu fluchten. Daher hängt die Länge der erforderlichen Spindeln und infolgedessen der Gesamt-Platzbedarf der Antriebseinrichtung unmittelbar vom zulässigen Neigungswinkel der Spindel unter Belastung ab. Fig. 1 schließlich zeigt, daß die eigentliche Spindel an ihren Enden unmittelbar von den Spindelköpfen und nur mittelbar von den das Drehmoment übertragenden Zahnkränzen getragen wird. Dies zeigt also, daß, wenn die Länge und der Durchmesser der Spindel größer werden, Beanspruchungen durch das Eigengewicht der Spindel zu erfassen sind, die dem guten Verhalten des Ganzen schaden.

Die Erfindung soll - bei sonst gleichem übertragenen Drehmo-

409825/0720

ment - eine wesentliche Vergrößerung des zulässigen Neigungswinkels ermöglichen und die durch das Eigengewicht der Spindel hervorgerufenen Beanspruchungen der Zähne beseitigen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen zwei sich drehenden, einander wesentlich achsparallelen Wellen von veränderlichem Achsabstand durch eine Zwischenwelle, die an jedem Ende mit einem Bogenzahn-Kranz versehen ist, der mit einem zugehörigen Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der benachbarten Welle befestigt ist.

Die Erfindung besteht darin, daß an jedem Ende die Verbindung . der Zwischenwelle mit der Welle erstens, um das Drehmoment zu übertragen, durch eine sich selbst einstellende Verbindungshülse mit zwei Zahnkränzen, deren einer mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz der benachbarten Welle und deren anderer mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz der Zwischenwelle kämmt, und zweitens, um das Gewicht der Zwischenwelle zu stützen, durch ein Kugelgelenk geschieht, von dessen beiden Bauteilen einer von der Welle gestützt wird und der andere die Zwischenwelle stützt.

Die Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten näher an einer als Beispiel gegebenen, in der Zeichnung dargestellten besonderen Ausführungsform beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 den bisher bekannten Stand der Technik,

Fig. 2 im Schnitt in Achs ebene eine erfindungsgemäß ausgeführte

409825/07 20

Spindel nebst ihren Kupplungen mit der treibenden und mit der getriebenen Welle,

Fig. 3 in größerem Maßstab eine Einzelheit der Verbindung eines der Enden der Spindel mit der zugehörigen Velle.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, dient die Spindel 1 dazu, eine Bewegung von der Welle 2 zu der Welle 3 zu übertragen. Da die Kupplungen der Spindel 1 mit der treibenden und mit der getriebenen Welle einander gleich sind, wird die nun folgende Beschreibung dieser Kupplung sich auf die in größerem Maßstab ausgeführte Fig. 3 stützen.

Die Nabe 5 ist auf die Welle 2 aufgeschrumpft oder aufgekeilt. Sie trägt an ihrem Ende einen Außen-Zahnkranz 6; dieser Zahnkranz ist hier als unmittelbar in die Nabe eingeschnitten gezeichnet, aber könnte natürlich ebensogut durch einen gesonderten, auf der Nabe 5 angebrachten Zahnkranz gebildet sein. An der Nabe ist durch (nicht gezeichnete) Schrauben eine Platte 7 angebracht; diese enthält in ihrer Mitte eine Ausnehmung, in der der äußere Teil 8 eines Kugelpfannen-Lagers sitzt.

Ebenso weist die Spindel 1 an ihrem Ende eine Nabe 10 auf, in die ein Außen-Zahnkranz 11 eingeschnitten ist. Ein Zapfen 13 ist in den inneren Teil 15 des Kugelgelenkes eingesteckt. Diesen Zapfen 13 sucht eine Feder 16 aus der Spindel 1 herauszuschieben. So gleitend ist der Zapfen nur an einem Ende der Spindel eingebaut: am anderen Ende ist der Zapfen fest eingebaut.

40 9825/0720

Über die beiden mit der Welle und mit der Spindel verbundenen Naben 5 und 6 ist eine sich selbst einstellende zylindrische Verbindungshülse 18 gestülpt. Diese Verbindungshülse 18 ist mit zwei Innen-Zahnkränzen 19 und 20 versehen, die mit den Zahnkränzen 6 bzw. 11 kämmen. Diese zylindrische Verbindungshülse 18 ist an jedem ihrer Enden durch einen weichen Dichtungsring 23 abgeschlossen, der an der Hülse mit Ringen 24 und Schrauben 25 befestigt ist, die Dichtungsringe 23 stützen sich auf die Naben 5 und 10 ab.

Die Zahnkränze 6 und 11 haben kugelige äußere Form, was ihnen eine Relativ-Winkelbewegung zwischen der Verbindungshülse 18 und am einen Ende der Nabe 5 und am anderen Ende der Nabe 10 ermöglicht. Unter der Wirkung des zu übertragenden Drehmomentes und dank geeigneter Wahl der geometrischen Merkmale der Verzahnung teilt sich, wenn die Spindel 1 mit der Welle 2 einen Winkel <*- bildet, diese Neigung in wesentlich zwei Hälften auf, und zwar eine Hälfte zwischen der Verbindungshülse 18 und der Nabe und die andere Hälfte zwischen der Hülse 18 und der Nabe 10, so daß von der

oC

ganzen Winkelverlag er ung die Hülse 18 einen Winkel -^- mit der Welle 2 und einen Winkel ^ mit der Spindel 1 bildet. Dies ermöglicht also bei gleichen Abmessungen und gleichem übertragenen Drehmoment einen zweimal größeren möglichen größten Neigungswinkel der Spindel als bei Anwendung einer Verzahnung einfacher herkömmlicher Art. Umgekehrt werden bei gegebenem Neigungswinkel und bei glei-.chem übertragenen Drehmoment die Ermüdungserscheinungen an jedem Zahnkranz kleiner, also der Verschleiß wenig schnell.

Wie ersichtlich, wird in der hier beschriebenen erfindungsgemäßen

409825/07 20

Anordnung das Gewicht der Spindel nicht wie bei einer Spindel mit herkömmlicher Verzahnung von den Zähnen getragen, sondern von der Nabe 5 und der Nabe der ihr gegenüberliegenden Welle, und zwar mittels der Platte 7 und des Kugelgelenkes 8/15 getragen. Die Feder 16 gleicht, wenn der Neigungswinkel zwischen der Spindel und der Welle schwankt, die Schwankungen des Abstandes zwischen den beiden Naben 5 und 10 aus. Sie kann zusätzlich dazu dienen, den Spindelkopf zu halten, wenn dieser nicht mehr mit dem angetriebenen Wellenende durch die Verbindungshülse umfaßt ist; diese Funktion ist nützlich, wenn die Erfindung mit einer Vorrichtung zu schnellem Walzen-Ausbau vereinigt ist.

Und wie auch erkennbar, ermöglichen die Dichtungsringe 23 gute Dichtheit der ganzen Verbindung von Spindel und Welle zu erreichen, wodurch die Schmierung dieses Teils der Kupplungseinrichtung erleichtert wird.

Die Erfindung ist nicht auf die hier als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt auch andere Ausführungsformen, die sich davon nur in Einzelheiten oder durch Ausführungs-Abwandlungen unterscheiden. So könnte man sich auch denken, die sich selbst einstellende Verbindungshülse im Inneren der Naben anzuordnen, also die Stellung der Innen- und der Außen-Zahnkränze zueinander gegenüber der beschriebenen Stellung umzukehren. Auch die Stellung des Innen- und des Außenteils des Kugelgelenkes sowie die Anordnung der gleitenden Welle könnte zwischen Spindel und Welle umgekehrt sein. Auch ließe sich denken, die Gleitfläche auf dem Außenumfang des Kugelgelenkes anzuordnen.

409825/0720

Claims (2)

1. Ansprüche

   / 1. !Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen zwei sich drehenden, einander wesentlich achsparallelen Wellen von veränderlichem Achsabstand durch eine Zwischenwelle, die an jedem Ende mit einem Bogenzahn-Kranz versehen ist, der mit einem zugehörigen Zahnkranz kämmt, welcher am Ende der benachbarten Welle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende die Verbindung der Zwischenwelle (1) mit der Welle (2, 3) erstens, um das Drehmoment zu übertragen, durch eine sich selbst einstellende Verbindungshülse (18 ) mit zwei Zahnkränzen ■ (19, 20), deren einer (19) mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz (6) der benachbarten Welle (2, 3) und deren anderer (20) mit einem zugehörigen Bogenzahnkranz" (ll) der Zwischenwelle (l) kämmt, und zweitens, um das Gewicht der Zwischenwelle (l) zu stützen, durch ein Kugelgelenk (8, 15) geschieht, von dessen beiden Bauteilen (8, 15) einer von der Welle (2, 3) gestützt wird und der andere die Zwischenwelle (1) stützt. . ■ '
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (14/15) der Bauteile des Kugelgelenkes gleitend in einer Axialbohrung der zugehörigen Welle oder der Zwischenweile oder in einer Axialbohrung einer an der Welle oder Zwischenwelle befestigten Buchse angeordnet ist.

   409825/07