DE3611679A1

DE3611679A1 - Tragrollensatz

Info

Publication number: DE3611679A1
Application number: DE19863611679
Authority: DE
Inventors: Thomas Edwin Guin Ala. Morrison
Original assignee: Continental Conveyor and Equipment Co Inc
Current assignee: Continental Conveyor and Equipment Co Inc
Priority date: 1985-04-10
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1986-11-27
Also published as: GB2174476A; GB8608604D0; GB2174476B; US4643300A; AU5562686A

Description

VON KREISLER SCHONWALD ilSKOLD FUES VONKREISLER KELLER SELTiNG WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Dr.-lng.K.W. Eishold 11981

Dr.-Ing. K. Schönwald

Anme Iderin : D^Chem.Alek von Kreisler

Dipl.-Chem. Carola Keller
Dipl.-Ing. G. Selting
Dr. H.-K. Werner

Continental Conveyor

and Equipment Company, Inc.

Dept. 0015-WHB-6

500 South Main Street

Akron, Ohio 44318

U.S.A.

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Sg-Hi/Sk

7. April 1986

Tragrollensatz

Die Erfindung betrifft einen Tragrollensatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

V/l/ Ein derartiger Tragrollensatz wird unter anderem bei einem Trogförderband verwendet. Der obere Trum von Förderbändern ist normalerweise an seinen jeweiligen Enden durch Rollen und zwischen diesen Endrollen durch mehrere Träger gehalten. Ein Träger ist ein Rahmen, der quer zum Förderband verläuft und an dem im allgemeinen die Drehachsen dreier in einer gemeinsamen Querebene liegender Rollen gelagert sind. Dabei ist die mittlere Rolle horizontal angeordnet, während die beiden äußeren Rollen in bezug auf die horizontale Ebene schräg nach oben verlaufend angeordnet sind, und dadurch dem Obertrum des Bandes eine Trogform geben, um die Last auf dem Band zu zentrieren.

Um den Abstand zwischen den Trägern so groß wie möglich zu machen, werden für jede Tragrolle eine Welle mit

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompatent Köln

ausreichender Kapazität und Lager von ausreichender Größe verwendet. Schwierigkeiten tauchen dann auf, wenn die auf die Rollen aufgebrachten Lasten so groß sind, daß eine Vergrößerung der Welle und des Lagers erforderlich wird. Bei vielen Anwendungen des Tragrollensatzes ist eine Verringerung der Last notwendig, um die Lebensdauer des Tragrollensatzes zu verlängern. Hierbei ist die Überwachung der Lasten schwierig; daher ist bisher eine Vergrößerung der Welle und der Lager vorgezogen worden.

10

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragrollensatz zu schaffen, der durch Erhöhung der Wellensteifigkeit ohne Vergrößerung der Welle selbst sowie ohne Erhöhung der Herstellungskosten eine verbesserte Qualität und Kapazität aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tragrollensatz gelöst, der die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Tragrollensatz wird eine Hohlwelle verwendet, deren Durchmesser größer als der Durchmesser einer vorgegebenen Welle und größer als ein vorgegebenes Lager ist. Dadurch, daß die beiden Enden einer solchen Welle im Gesenk auf eine vorgegebene Wellen- und Lagergröße radial zusammengedrückt bzw. radial gestaucht werden, wird bei minimal erhöhten Herstellungskosten eine mehr als vierfache Wellensteifigkeit erzielt. Diese Maßnahme ist vorteilhafter als die bisherige Praxis, bei der die Welle und das Lager vergrößert wurden.

Bei dem erfindungsgemäßen Tragrollensatz werden die

jeweiligen Endbereiche der Hohlwelle im Gesenk radial gestaucht, um kleinere Lager verwenden zu können, während die Wellensteifigkeit merklich erhöht wird. Dadurch werden die Wellenverformung und die damit zusammenhängende Lagerversetzung sowie innerhalb der Lager die Verschiebung von Dichtungsflächen verringert, die an den den Lagerring eines Wälzlagers tragenden Endbereichen der Welle ausgebildet sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Tragrollensatzes für ein mit Schüttgut beladenes TrogfÖrderband,
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Fig. 2 eine Vorderansicht einer einzelnen Tragrolle, teilweise geschnitten,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Tragwelle für eine Tragrolle,

Fig. 4 ein Kraftdiagramm, das die verschiedenen auf die Tragwelle einer belasteten Tragrolle einwirkenden Kräfte zeigt,
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Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines herkömmlichen Lagers, das auf einer unter Last stehenden Welle einer Tragrolle gehalten ist, und

Fig. 6 eine Tabelle mit den Merkmalen mehrerer
Wellen mit verschiedenem Aufbau.

In Figur 1 ist ein Tragrollensatz 10 dargestellt, der auf einem Tragrahmen 11 befestigt ist und den oberen Trum eines Förderbandes 12 trägt. Der Tragrahmen 11 weist mehrere vertikal angeordnete Rahmenelemente 13 bis 16 auf, die drei Tragrollen oder Walzenzylinder 17, 18 und 19 halten.

Alle Tragrollen haben den in Figur 2 gezeigten Aufbau, der anhand der Rolle 18 beschrieben wird. Durch die Rolle oder den Walzenzylinder 18 verläuft eine Welle 20. Die Welle 20 ist in ihren Endbereichen 21 und 22 mit einem Gewinde für jeweils eine Schraubenmutter 25 bzw. 26 versehen. Jede Schraubenmutter 25, 26 ist mit jeweils einem Schlitz 27 bzw. 28 versehen, der das U-förmige Ende der Rahmenteile 14 und 15 aufnimmt, und dadurch die Welle 20 gegen Drehung sichert.

Die Welle 20 ist durchgängig von einem Ende zum anderen hohl, wobei ihre Enden auf einen kleineren Durchmesser im Gesenk radial gestaucht bzw. eingeschnürt sind. Beim radialen Stauchen der Enden _sder Welle 20 erhöht sich die Wandstärke der Enden, wohingegen der Außendurchmesser der Welle in den Endbereichen verringert wird. So wird dem Material in dem Bereich mit größerem Durchmesser eine größere Steifigkeit gegeben, während die Welle nur auf einem kleinen Prozentsatz ihrer Länge auf die ursprüngliche Lagergröße verringert ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine merkliche Vergrößerung der Traglast der Welle, ohne daß der Durchmesser des Lagers vergrößert ist, im Gegensatz zu dem Fall, indem die

Welle und das Lager sowie diesen entsprechend andere Komponenten der Walze vergrößert werden.

Die jeweiligen Enden der Rolle bzw. des Walzenzylinders 18 sind mit Walzenköpfen 30 versehen (nur einer dieser Walzenköpfe ist in Figur 2 dargestellt) , die an jedem Ende des Walzenzylinders 18 befestigt sind. Jeder Walzenkopf 30 ist mit einer sich in das Innere der Rolle 18 erstreckenden Nabe 32 versehen, die zur Aufnahme des Außenringes 36 eines Traglagers 37 eine innere Ringaussparung 34 aufweist. Das Traglager 37 weist einen Innenring 38 auf, der auf dem im Durchmesser verringerten Endbereich der Welle 20 sitzt. Zwischen dem Außenring 36 und dem Innenring 38 des Traglagers 37 sind auf dem Umfang mit Abstand zueinander mehrere konische Wälzkörper 40 angeordnet.

Zwischen dem Innenring 38 des Traglagers 37 und der Schraubenmutter 25 ist im Endbereich der Welle 20 eine ringförmige Scheibe 41 befestigt. Um das Innere der Welle 20 gegen Fremdkörper abzudichten, ist die Schraubenmutter 25 auf ihrer Innenfläche mit einer ringförmigen Vertiefung 42 versehen, die ein ringförmiges Widerlager 45 aufnimmt, das von der Nabe 32 aus bis in die ringförmige Vertiefung 42 hineinragt.

Zwischen der ringförmigen Vertiefung 42 und dem ringförmigen Widerlager 45 ist ein gewisser Spielraum notwendig, um den freien Lauf der Nabe 32 relativ zur feststehenden Schraubenmutter 25 zu garantieren. In den axial äußersten Bereich der Bohrung der Nabe 32 ist eine ringförmige Dichtung 46 eingepaßt, die eine Ringlippe 47 aufweist, die Reibungskontakt mit einer Ringfläche 49 der Schraubenmutter 25 hat. Eine zweite ringförmige Dichtung 50 ist in dem axial innersten Teil 51

der Bohrung der Nabe 32 eingepaßt. Die Dichtung 50 weist eine Ringlippe 52 auf, die auf dem im Durchmesser reduzierten Bereich der Welle 20 läuft und das Traglager 37 zusätzlich gegen Fremdkörper abdichtet.

Der Walzenzylinder 18 ist an dem Walzenkopf oder dem Ringflansch 30 über eine ringförmige Vertiefung 55 verbunden, die in der äußeren ümfangsfläche 56 des Walzenkopfes oder des Ringflansches 30 ausgebildet ist. Beim Befestigen des Walzenkopfes 30 wird über die äußere Fläche des Walzenzylinders 18 auf die ringförmige Vertiefung 55 des Walzenkopfes Druck ausgeübt, um auf der Innenseite des Walzenzylinders 18 einen sich nach innen erstreckenden Vorsprung auszubilden, über den der Walzenzylinder 18 an dem Walzenkopf 30 befestigt ist.

Die jeweiligen Enden der Welle 20 sind innen mit Gewinden versehen, um Verschlußkorper 70 aufzunehmen und um eine Möglichkeit zum Schmieren der Traglager 37 über eine Bohrung 71 zu schaffen, die sich von der zentralen Bohrung der Welle 20 durch deren Wand erstreckt und zwischen den ringförmigen Dichtungen 5 0 und 4 6 zu dem Traglager 37 führt. Die beschriebene Walzenkonstruktion kann auch für ähnliche Wellen, Lager, Dichtungen und Vorrichtungen zum Befestigen des Endes einer Welle verwendet werden.

Anhand der Tabelle in Figur 6 wird deutlich, wie die Qualität und Kapazität der Tragrolle bei Verwendung dieser besonders geformten Welle und der Lagerkonstruktion verbessert wird. Eine massive kaltgewalzte Stahlwelle mit 1,905 cm im Durchmesser und einem Steifigkeitsindex von 1.000 kostet ca. $ 1,15 pro cm. Die Gesamtkosten einer ca. 163,354 cm langen Welle betragen

$1.93, was der erforderlichen Länge für die Welle der hier betrachteten 160,02 cm lange Tragrolle 18 entspricht. Wenn ein Durchgang für Schmierstoff durch die Welle benötigt wird, wird die tiefgezogene Welle 2 mit einem Außendurchmesser von 1,905 cm verwendet. Diese Welle hat einen Steifigkeitsindex von lediglich 0,970, weist jedoch Materialkosten von ca. 3,22 cm auf (infolge des Herstellungsprozesses der Welle), was zu Gesamtkosten von $5,34 für die Welle führt. In beiden Fällen müssen Wellen benutzt werden, deren äußere Endbereiche mit kommerziellen Standardtoleranzen versehen sind, die größer als erforderlich sind, um ein 1,905 cm großes Lager aufzunehmen. Für diejenige Welle, die für den oben beschriebenen Tragrollensatz verwendet wird, wird ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 3,175 cm und einer Wandstärke von ca. 0,30 5 cm verwendet. Die Endbereiche des Rohres sind im Gesenk auf 1,905 cm im Außendurchmesser radial gestaucht, womit die gleichen Endlager wie im Fall der Wellen 1 und 2 verwendet werden können. Wie aus der Tabelle nach Figur 6 zu entnehmen ist, weist die Welle 3 einen Stexfigkeitsindex auf, der mehr als viermal so groß ist wie derjenige einer kaltgewalzten Welle mit einem Durchmesser von 1,905 cm. Manchmal wird bei der Herstellung von Tragrollensätzen, bei denen Schwierigkeiten durch Wellen-Verformungen auftreten, 2,54 cm große Lager mit kaltgewalzten Stahlwellen (Welle 4) verwendet, die im Vergleich zu dem Steifigkeitsindex von 4,451 der Welle mit den radial gestauchten Enden einen Stexfigkeitsindex von 3,177 aufweisen. Die Welle 4 jedoch ist teurer und ungefährt doppelt so schwer wie die Welle 3. Eine kaltgewalzte Welle mit einem Durchmesser von 3,175 cm (Welle 5) benötigt ein wesentlich größeres Lager, kostet mehr als das Doppelte der Welle 3 und ist

schwerer. Bei einer Hohlröhre mit einem Außendurchmesser von 3,175 cm erhöhen sich ebenfalls die Kosten für eine solche Welle, die darüber hinaus auch mehr wiegt und ein wesentlich größeres Lager erfordert. Die Welle 3 ist am vorteilhaftesten, da das 1,905 cm große Lager mit konischen Walzen, das bei dieser Welle verwendet wird, ein Produkt mit großem Volumen und geringen Kosten bei hoher radialer Belastbarkeit ist, wenn die Verformung innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden kann, und die Kapazität beträgt mehr als das fünffache der tatsächlich aufgebrachten Last.

Figur 5 zeigt ein herkömmliches Wälzlager mit Welle, wobei die Welle mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist und der Ringflansch oder Kopf sowie das Traglager identisch mit den oben beschriebenen sind und daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei vollbelasteter Tragrollenanordnung 10 wirkt sich diese Last auf eine Tragrolle in Form von zwei Kräften F-I und F-2 auf die mit Abstand zueinander angeordnete Traglager 37 aus, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Bei der herkömmlichen Tragrollenanordnung gemäß Figur 5 ist die Wellenverformung durch A dargestellt, während die Verformung des Walzenkopfes mit B gekennzeichnet ist. Bei diesen Belastungsbedingungen wird die Ringlippe 52 der ringförmigen Dichtung 50 schief, und ein Teil der Ringlippe wird aus dem Berührungskontakt mit dem Endbereich = der Welle 80 gebracht und ermöglicht das Eindringen von Fremdkörpern in die Traglager. Zusätzlich stellen sich bei der ringförmigen Dichtung 46 die gleichen Probleme wie zuvor bei der Dichtung 50 beschrieben ein, was durch C gekennzeichnet ist. Ein weiterer Gesichtspunkt, der ernstzunehmende Probleme bereitet, sind die Verschleißkräfte bei D in Figur 5 zwischen der Nabe 32 und

der tiefer gelegenen Fläche der Vertiefung 42 auf der Schraubenmutter 25, da der Spielraum zwischen der Vertiefung 42 und dem ringförmigen Widerlager 45 jetzt zu einem störenden Reibungskontakt führt. Um diese Erscheinungen zu kompensieren, werden die Wellenverformungen bei Nennlast reduziert, indem der Durchmesser der Welle und entsprechend das Lager vergrößert werden. Demgegenüber werden bei der Welle einer Tragrolle des erfindungsgemäßen Tragrollensatzes die Endbereiche im Gesenk radial gestaucht bzw. radial zusammengedrückt, so daß die Wandstärke in den Endbereichen der Welle vergrößert, der Durchmesser der Welle in den Endbereichen dagegen verringert wird. Durch diese Anordnung wird eine vergrößerte Belastung erzielt, ohne daß eine exzessive Wellenverformung und die dazugehörenden Probleme der Laufstörung, Dichtungsverformung und Dichtungsversetzung eintreten.

Die Tragrolle ist hier im Zusammenhang mit einem Trogförderband beschrieben, bei dem die Tragrolle die Transportseite eines Förderbandes trägt; eine andere Amiendung für die besonders steife Welle besteht im Zusammenhang mit den einzelnen Walzen, die die ganze Weite des zurückkommenden Bandes tragen. Bei großen Walzen- (und Wellen-) Längen ist die Verformung der Wellen ein allgemeines Problem, daß mit der Erfindung gelöst wird.

-Al-

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Tragrollensatz für ein Förderband, mit Tragrollen, die jeweils eine Welle aufweisen, die von HalteSchraubenmuttern an hochstehenden Rahmenelementen gehalten ist, und mit je einem Traglager an jedem Wellenende,

dadurch gekennzeichnet,
- daß die Welle (20) hohl ist und im Gesenk radial gestauchte, im Durchmesser reduzierte zylindrische Endbereiche (21,22) mit einem Gewinde für die Halteschraubenmuttern (25,26) aufweist.

2. Tragrollensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gestauchten Endbereiche (21,22) eine größere Wandstärke aufweisen als der mittlere Bereich der hohlen Welle (20)^.

3. Tragrollensatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der radial gestauchten Endbereiche (21,22) über 30% größer ist als diejenige des mittleren Bereichs der Hohlwelle (20) .

4. Tragrollensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der Tragrolle (18) ein Walzenkopf (30) befestigt ist, der eine sich axial in das Innere der Tragrolle (18) erstreckende Nabe (32) aufweist, in der ein Traglager (37) angeordnet ist, dessen Innenring eine zylindrische öffnung bildet, in die ein radial gestauchter Endbereich (21,22) eingesetzt ist.

-JA - ·

5. Tragrollensatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Traglager (37) ein Paar mit Abstand zueinander angeordnete Dichtungen (46,50) aufweist, die mit den radial gestauchten Endbereichen (21,22) der Welle (20) in Reibberührung stehen, und daß die mit einer Vertiefung (42) versehene Halteschraubenmutter (25;26) ein ringförmiges Widerlager (45) der Nabe (32) bei Beibehaltung eines Spielraumes zwischen der Vertiefung (42) und dem ringförmigen Widerlager (45) aufnimmt.

6. Tragrollensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Endbereiche (21,22) der Welle (20) mindestens 40% größer ist als die Wandstärke des mittleren Bereichs der Welle (20).

7. Tragrollensatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide radial gestauchten Endbereiche (21,22) der Welle (20) mit einer Bohrung (71) versehen sind, die von dem Berührungsbereich zwischen den Dichtungen (46,50) bis in das Innere der Innenbohrung der röhrenförmigen Welle (20) verläuft, und daß zur Ermöglichung einer Schmierung des Traglagers (37) jedes Ende der Innenbohrung zum Aufnehmen eines Verschlußkorpers (70) mit einem Gewinde versehen ist.