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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle für einen Förderer, insbesondere Gurt- oder Bandförderer, mit einem Rollenkörper und einer in mindestens zwei Lagern gelagerten Achse, wobei der Rollenkörper einen hohlzylindrischen Rollenmantel aufweist, an dessen beiden äußeren Endabschnitten Lagersitze für die Lager vorgesehen sind.
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Eine derartige Rolle für einen Förderer ist beispielsweise aus der
DE 103 42 009 A1 oder aus der
DE 10 2006 024 125 A1 bekannt. Auf beide Druckschriften wird in dieser Anmeldung vollumfänglich Bezug genommen.
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Üblicherweise wird in einem Förderer eine Vielzahl solcher Förderrollen achsparallel nebeneinander in ein Gestell eingesetzt, um die Förderstrecke zu bilden. Über diese Förderrollen läuft ein Fördergurt. Für das Fördern von Schüttgut, beispielsweise im Bergbau, werden jeweils drei Rollen zueinander V-förmig angeordnet, sodass der Gurt eine Art Wanne ausbildet. Die Länge der einzelnen Förderstrecken in solchen Förderanlagen kann mehrere Kilometer betragen. Durch das hohe Gewicht des Fördergutes müssen die Rollen stabil ausgebildet sein. In den hohlzylindrischen Rollenkörper wird an seinen Enden je ein Lagerhalter eingesetzt, in dem ein Sitz für ein Wälzlager ausgebildet ist. Der Lagerhalter wird dann mit der Innenwandung des Rollenkörpers verschweißt. Damit ausreichend hohe Kräfte übertragen werden können, müssen die Lagerhalter sehr stabil ausgebildet sein. Das Einschweißen der Lagerhalter muss sehr sorgfältig erfolgen, damit später ein guter Rundlauf der Rolle erzielt wird. Aufgrund der hohen zu übertragenen Kräfte muss die Rolle auch entsprechend stabil mit hohen Wandstärken ausgebildet sein, sodass sie entsprechend schwer ist. Das Gewicht einer Rolle ist bei der Auslegung des Förderers eine nicht unbeachtliche Größe, insbesondere wenn die Förderstrecke mehrere Kilometer beträgt. Da die Rollen in Drehung versetzt werden müssen, muss das Antriebssystem entsprechend leistungsstark ausgebildet sein.
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Ein mit gattungsgemäßen Förderrollen bestückter Förderer wird beispielsweise im Tagebau eingesetzt und weist, insbesondere bei hohen Fördergeschwindigkeiten,.eine ausgeprägte Lärmentwicklung auf. Bei einer Fördergeschwindigkeit von z. B. 7,5 m/s ist eine Lautstärke von etwa 70 dB oder mehr der Regelfall. Im Hinblick auf die Arbeitssicherheit und das Arbeitsumfeld von in der Nähe des Bandförderers beschäftigten Personen, auf Anwohner sowie auf Aspekte des Umweltschutzes ist eine Verminderung der Geräuschentwicklung wünschenswert.
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Es wurden bereits Versuche unternommen, die Geräuschentwicklung einer solchen Förderanlage zu minimieren. Dabei wurde hauptsächlich der Ansatz verfolgt, eine akustische Entkopplung der einzelnen Rollen von dem Tragegestell zu erreichen, indem z. B. asymmetrische Lager oder Gummi-Metall-Buchsen eingesetzt wurden. Die angeführten Ansätze zeigten allerdings bestenfalls nur marginale Verbesserungen in der Geräuschentwicklung, sodass weiterhin Bedarf an einer effektiven Methode zur Verminderung des entstehenden Schalls besteht.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Geräuschentwicklung einer eingangs beschriebenen Förderanlage zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Rolle für einen Förderer dadurch gelöst, dass im Inneren des Rollenkörpers mindestens ein Spannelement angeordnet ist, das auf den Rollenmantel nach radial außen gerichtete Kräfte ausübt.
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Die Rolle für einen Förderer wird üblicherweise aus Metall gefertigt. Die äußere Mantelfläche der Förderrolle ist idealerweise in Axial- bzw. Längsrichtung exakt plan und im Querschnitt exakt kreisförmig. Diese Geometrie wird in einem statischen, unbelasteten Zustand weitgehend erreicht. Bei der Verwendung, wenn also der (schwer beladene) Fördergurt auf der Rolle lastet und diese in eine Rotationsbewegung versetzt wird, beginnt die Rolle zu schwingen. Dabei verformt sich der ursprünglich kreisförmige Querschnitt der Rolle periodisch abwechselnd ellipsenförmig in Längs- und Querrichtung. Diese Schwingung, die von jeder der Vielzahl der eingesetzten Förderrollen ausgeführt wird, bedingt eine mit steigender Förderbandgeschwindigkeit anwachsende Geräuschentwicklung.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in den Innenraum des Rollenkörpers ein Spannelement einzubringen, das dort eine Kraft nach radial außen auf den Rollenmantel ausübt und so die freie Entfaltung der durch den Fördergurt verursachten Schwingung hemmt. Gleichzeitig kann bei der Wahl eines geeigneten Materials sowie einer entsprechenden Geometrie für das Spannelement dieses entstehende Schwingungen zusätzlich dämpfen. Auf diese Weise – so haben Versuche gezeigt – lässt sich eine Verminderung der Lautstärke eines Gurt- oder Bandförderers um mehr als 10 dB erreichen.
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Zweckmäßigerweise ist das Spannelement rotationssymmetrisch zur Drehachse der Rolle ausgeführt und entsprechend in die Rolle eingesetzt. Auf diese Art und Weise kann eine Unwucht bzw. eine Verminderung der Rundlaufqualität der Rolle vermieden werden. Eine solche Unwucht könnte ihrerseits die Quelle für Vibrationen und somit für Geräuschentwicklung sein, was aber ja gerade vermieden werden soll.
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Die nach radial außen gerichteten Kräfte wirken vorzugsweise über den Umfang der Innenseite des Rollenmantels regelmäßig verteilt ein. Die Belastung des Rollenmantels soll damit über seinen Umfang gleichmäßig sein.
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Das Spannelement liegt vorzugsweise flächig an einer Innenseite des Rollenmantels an, um eine gute Kraftübertragung von dem Spannelement auf den Rollenmantel und umgekehrt zu gewährleisten.
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Eine besonders einfache und zweckmäßige Konstruktion ergibt sich, wenn der Spannelement aus einem geschlossenen Ring besteht, der über seinen gesamten Umfang an der Innenseite des Rollenmantels anliegt. Zweckmäßige Ringe, z. B. Gummiringe, existieren in einer Vielzahl von Größen und Materialqualitäten und sind einfach und zu niedrigen Preisen verfügbar. Beispielsweise können solche Ringe verwendet werden, die auch dazu benutzt werden, von außen auf einen Rollenmantel aufgesetzt zu werden, um dann den Fördergurt abzustützen. Natürlich müssen die Abmessungen dieses Ringes entsprechend gewählt werden.
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Eine besonders gute Verminderung der Schwingungen der Rolle ergibt sich, wenn das Spannelement in einem entspannten Zustand einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des Rollenmantels ist. Durch diese Ausgestaltung steht der Spannelement im Inneren des Rollenmantels unter Spannung und presst sich von innen gegen diesen. Die Effektivität der Maßnahme steigt dabei mit der Größe der Kraft, die der Spannelement nach radial außen auf den Rollenkörper ausübt. Ein einfaches Einbringen eines Dämpfungskörpers, dessen Außendurchmesser exakt dem Innendurchmesser des Rollenkörpers entspricht, hätte hingegen einen wesentlich geringeren Effekt.
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Vorzugsweise wird ein Ring eingesetzt, der beim Einsetzen in den Rollenkörper, beispielsweise mit Hilfe einer Hydraulikpresse, eine Reduktion seines Außendurchmessers derart erfährt, dass zwischen dem entspannten Zustand und dem komprimierten Zustand innerhalb des Rollenkörpers die relative Änderung des Außendurchmessers zumindest 5% beträgt.
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Vorzugsweise ist das Spannelement so ausgestaltet, dass es innerhalb des Rollenkörpers eine Spannkraft von zumindest 4.500 N, insbesondere vorzugsweise 4.766 N auf den Rollenmantel ausübt. Die von dem Spannelement ausgeübte Spannkraft kann dabei an die Art und die Größe der Rolle sowie an die vorgesehene Transportgeschwindigkeit sowie den Einsatzzweck angepasst werden.
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Alles bisher Gesagte gilt sowohl für den Einsatz von einem wie auch für den Einsatz von mehreren Spannelementen. Wird nur ein Spannelement eingesetzt, so ist dieses bevorzugt axial mittig in der Rolle angeordnet. Werden mehrere Spannelemente eingesetzt, so werden diese zweckmäßigerweise symmetrisch zum Mittelpunkt in axialer Richtung der Rolle angeordnet.
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Das Spannelement weist axial eine Breite B von 5 bis 150 mm, bevorzugt von 15 bis 90 mm und äußerst bevorzugt von 30 bis 60 mm, auf. Für eine Rolle mit einem Innendurchmesser der Rolle von 181,4 mm und einer Länge des Rollenkörpers von 748 mm hat sich beispielsweise eine Breite des Spannelements von 45 mm als zweckmäßig erwiesen.
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Um eine Verformung der Rolle bei Belastung und somit möglicherweise ebenfalls eine Schwingung zu vermeiden, kann der Rollenmantel in seinem mittleren Abschnitt eine Verstärkung aufweisen. Durch diese Verstärkung wird eine federnde Verformung der Förderrolle unter Last, insbesondere eine Abflachung an der Oberseite, wirksam verhindert. Es kommt somit zu weniger Schwingungen und Vibrationen, was ebenso Vorteile für die Energieeffizienz des Antriebs des Förderers mit sich bringt.
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Um Belastungsspitzen am Übergang zwischen dem Rollenmantel und der Verstärkung von vornherein auszuschließen, sind der Rollenmantel und die Verstärkung vorzugsweise einstückig ausgeführt.
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Um das Gewicht der Rolle zu reduzieren und um die Herstellungszeit zu reduzieren, kann anstatt des Einpressens und Verschweißens von Lagerhaltern zur Ausbildung der Lagersitze die Wandung des Rollenkörpers an seinen beiden Enden durch Fließrollen axial nach innen umgeformt werden, wobei die Wandstärke der Wandung im Bereich der Lagersitze zunimmt.
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Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden.
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Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rolle für einen Band- oder Gurtförderer. Die Rolle ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um ihre Drehachse D ausgeführt. Eine Vielzahl derartiger Förderrollen wird parallel zueinander und beabstandet entlang der Förderstrecke angeordnet, und ein Fördergurt (nicht dargestellt) läuft an der Oberseite der Rollen in die Förderrichtung (senkrecht zur Zeichenebene). Die Förderstrecke kann eine Länge von mehreren Kilometern aufweisen. Damit der Fördergurt nicht vorzeitig durch Reibung mit den Rollen verschleißt, sind die Förderrollen unterhalb des Fördergurts drehbar gelagert und werden in Rotation versetzt. Die Gurtbreite beträgt beispielsweise 2.200 mm. Zur Ausbildung eines wannenförmigen Gurtes, um beispielsweise Schüttgut, wie Erze, Kies o. dgl., zu transportieren, können drei Rollen in V-Form angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Förderrolle weist einen Rollenkörper 1 und eine Achse 3 auf, die als Hohlwelle ausgebildet sein kann, und in zwei Wälzlagern 2a, 2b gelagert ist. Die Wälzlager 2a, 2b sind nach außen durch eine geeignete Dichtung 8, beispielsweise eine Labyrinthdichtung, abgedichtet. Der mittlere Bereich der Hohlwelle 3 ist gegenüber den beiden Enden, die in den Wälzlagern 2a, 2b gelagert sind, im Durchmesser größer ausgebildet. in dem durchmessergrößeren Bereich der Hohlwelle 3 ist eine radiale Bohrung 10 eingebracht, über die ein Luftaustausch zwischen dem Inneren 9 der Rolle und der Atmosphäre erfolgen kann, der aufgrund von bei dem Betrieb entstehenden Temperaturunterschieden erforderlich ist. Im Betrieb erwärmt sich die Rolle und die im Inneren 9 des Rollenkörpers 1 eingeschlossene Luft dehnt sich aus. Wird der Förderer stillgesetzt, kühlt sich die Rolle ab, und die eingeschlossene Luft zieht sich zusammen. Durch die Bohrung 10 in der Hohlwelle 3 ist der Luftaustausch nicht nur schnell möglich, sondern es ist auch sichergestellt, dass die Luft nicht durch die Wälzlager 2a, 2b strömt und Verunreinigungen mitzieht, die die Lebensdauer der Lager 2a, 2b reduzieren.
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Der Rollenkörper 1 weist einen hohlzylindrischen Rollenmantel 4 auf, an dessen beiden äußeren Endabschnitten Lagersitze 5 für die Lager 2a, 2b vorgesehen sind. Im in Längsrichtung gesehen mittleren Bereich des Rollenmantels 4 ist das Spannelement E angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines eingepressten Gummirings vorliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der als Spannelement B eingesetzte Gummiring im eingebauten Zustand derart komprimiert, dass sich sein Außendurchmesser von 193,7 mm auf den Innendurchmesser des Rollenmantels 4 von 181,4 mm verringert hat. Der Innendurchmesser beträgt 133 mm. Der gezeigte Gummiring besteht aus einem Material, das ein spezifisches Gewicht von 1,27 g/cm3, eine Härte von ca. 71° Shore A (E-Modul = 5,87 N/mm2), eine Zugfestigkeit oberhalb von 8 N/mm2 und eine Dehnung von 270% aufweist.
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Nachdem das Spannelement in den Rollenmantel 4 eingepresst wurde, werden zur Ausbildung der Lagersitze 5 die Enden des hohlzylindrischen Rollenkörpers 1 axial nach innen umgeformt, indem das den Rollenkörper 1 bildende Metallrohr über einen Innendorn gezogen und induktiv erwärmt wird. Das erwärmte Rohr wird dann in Rotation versetzt und ein entsprechendes profiliertes Formwerkzeug fährt rotierend auf das Rohrende auf und bördelt die Wandung nach innen.
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Das Material der Wandung fließt beim Umformen in radiale Richtung, sodass die Wandstärke der entstehenden Einstülpung 11 wesentlich größer ist als die Wandstärke des nicht eingestülpten Rohrabschnitts. Durch entsprechende Profilierung des Formwerkzeugs wandern beim Umformen die Enden der Einstülpung 11 nach radial außen und bilden einen Stützring 12 aus, durch den die Stabilität gegen Biegung des Rollenkörpers 1 bzw. der Lagersitze 5 erhöht wird. Nach dem Umformen werden in der Einstülpung 11 die Lagersitze 5 gefräst, die die Wälzlager 2a, 2b aufnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollenkörper
- 2a, 2b
- Wälzlager
- 3
- Achse/Hohlwelle
- 4
- Rollenmantel
- 5
- Lagersitze
- 6
- Spannelement/Ring
- 7
- Innenseite
- 8
- Dichtung
- 9
- inneres der Rolle
- 10
- radiale Bohrung
- 11
- Einstülpung
- 12
- Stützring
- B
- Breite
- D
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10342009 A1 [0002]
- DE 102006024125 A1 [0002]