CN108025941B - 输送辊组件、扭矩传递和支撑装置以及制造在高温环境中使用的输送辊组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在高温下使用的输送辊组件(1)，其包括：a)具有至少15MPa的弯曲强度和外径D的陶瓷阀芯(2)，以及b)大致圆柱形形状并具有纵向轴线的扭矩传递和支撑装置(3)，该扭矩传递和支撑装置包括主体，以及b1.包括至少一个圆柱形支撑表面(10)的支撑部分，以及b2.机械地且弹性地变形的连接部分，该连接部分包括至少两个不同的连接表面，该连接表面将扭矩传递和支撑装置(3)摩擦地连接到陶瓷阀芯(2)，其特征在于，陶瓷阀芯的至少一个端部具有直径为10mm≤d≤3/4D，优选地≤1/3D并且深度为Dd≥1.5d的轴向居中孔洞，并且其特征在于扭矩传递和支撑装置(3)设置在陶瓷阀芯(2)的至少所述孔中。

Description

输送辊组件、扭矩传递和支撑装置以及制造在高温环境中使 用的输送辊组件的方法

说明

本发明涉及在高温下使用的输送辊组件，该输送辊组件至少在一个端部处具有用于使其旋转的新布置方式，并且涉及扭矩传递和支撑装置，涉及用于组装辊以及扭矩传递和支撑装置的方法。

在高温下使用的输送辊组件通常包括陶瓷阀芯。通常，陶瓷阀芯包括熔融石英。在高温环境下，陶瓷组合物的辊确实优于金属辊。然而，陶瓷材料很难加工并且易碎。此外，此类辊不能直接连接到使辊旋转所需的驱动机构。

现有技术中已经开发了不同的系统。US-A1-4,230,475公开了以压缩应力接合在一对金属心轴之间的陶瓷辊。金属心轴通过在陶瓷辊的凹陷部中轴向向内延伸的部分与陶瓷辊的每个端部对准。摩擦材料被施加到陶瓷辊的端面和心轴的头部之间的界面表面。该摩擦材料改善了在用于旋转陶瓷辊的压缩方向上的旋转驱动力。但是，由于组装困难，这个系统很快就被放弃了。

金属端盖与陶瓷辊的一起使用在很大程度上是优选的。端盖允许容易地安装到驱动装置。但是，端盖应牢固地附着到阀芯，从而允许阀芯以所需的速度旋转。偏心旋转通常是不希望的，因为这会形成针对所运输的物品的不平坦支撑表面。

陶瓷阀芯和金属端盖的不同热膨胀使得端盖难以牢固地紧固到阀芯并且可能引起偏心旋转。已经提出了多种方法来克服这个困难。美国专利4,242,782提出使用橡胶O形环来紧固端盖。O形环可能在高温下变得柔软并且失去保持力，从而导致阀芯偏心旋转以及端盖与阀芯之间的滑移。如果O形环意外经受此类高温，那么它们肯定会失去其保持力，使得即使温度恢复到其正常值，仍然会观察到滑移。因此，使用O形环将端盖紧固到阀芯仅限于在低温(低于250℃)下的应用。

EP-B1-1853866通过提供一种具有公差环的端盖来解决这些问题，该公差环插置在端盖和陶瓷阀芯的端部之间，并且在广泛范围的应用温度下将端盖牢固且居中地固定到陶瓷阀芯。端盖承受暂时的过热：端盖和公差环将热膨胀，而陶瓷阀芯的尺寸则不发生显著变化。因此，公差环的紧固力将减小，并且阀芯将开始在端盖中滑移。当温度恢复正常时，端盖和公差环将恢复到其“正常”尺寸，并且保持力将整体恢复而不引起偏心旋转。端盖也易于安装。输送辊组件还能够承受线的暂时卡住或咬住以及粗暴的加速或减速。

使用具有公差环的端盖获得的传递扭矩范围通常较宽(高达几百N.m)。然而，在高温下，传递的扭矩值可随时间而降低。发明人已经确定，传递扭矩值的最小值足以使辊旋转。因此，端盖系统在大部分时间都是尺寸过大的。

此外，辊盖减小了辊的利用面积并且需要大的空间来将其连接到驱动装置。辊盖不能多次重复使用，因而构成显著的制造成本。

与使用外部端盖相关的其他缺点如下：

-由于炉腔与外部环境之间的金属盖热桥造成的能量损失。

-无法在高温下打开炉腔来更换输送辊组件。

-无法在压力或受控气氛下设置炉。

-由于端盖具有不同的设计以匹配安装的几何形状，因此不可能标准化端盖。

本发明减少了所有上面提到的缺点。

在炉中使用不同种类的辊(实心的或空心的)。当辊受到快速温度变化或辊可能发生偏转时，空心辊是优选的。那么就需要降低辊的热惯性和重量。空心辊的厚度因此最大限度地减小。那么孔的内径总是高于外径的3/4。

WO99/15305公开了一种用于高温应用的辊组件，其包括由铝化镍合金制成的辊主体和由更便宜的金属材料制成的耳轴。耳轴通过机械连接器附接到辊主体，使得在室温下存在间隙，由于辊主体和耳轴之间的不同热膨胀，该间隙在工作温度下减小或闭合。然而，由于陶瓷的抗拉强度差以及金属和陶瓷之间热膨胀系数的巨大差异，该组件不能用于陶瓷辊。

GB-A-2,129,752公开了一种在高温下使用的输送辊组件，其包括具有轴向居中的孔洞的空心陶瓷阀芯和包括平行于阀芯的纵向轴线的两个条带的扭矩传递装置，所述两个条带插入设置在闭合阀芯孔洞的圆盘中的两个径向相对的圆形孔中。该圆盘通过被强制插入阀芯中的两个弹性条带而轴向地和扭转地锁定到陶瓷阀芯。弹性条带用于传递扭矩，但条带不支撑阀芯。阀芯确实位于两个惰轮(位于阀芯的每个端部处)上，并通过旋转销连接到轴承。该组件也非常麻烦。

JP-A-2012-207245公开了一种空心陶瓷辊，其由陶瓷套筒和通过冷缩配合连接的钢轴组成。为了避免钢轴与陶瓷之间的接触部分处的应力，钢轴的几何形状被优化，特别是轴的厚度必须很薄。面临的挑战是通过摩擦来传递扭矩，但要考虑到钢与耐火材料之间热膨胀的巨大差异。与辊接触的轴表面已满。辊组件并不笨重，但冷缩配合需要与辊接触的轴表面的尺寸非常精确，这随之将使生产更昂贵。此外，轴表面的计算尺寸将根据辊的性质而变化：莫来石的热行为确实与熔融石英的热行为非常不同。轴和辊之间的连接针对非常窄的温度范围进行了优化，并且通常需要冷却。在JP-A-2012-207245中所述的组件叙述了由空气冷却的空心辊，其具有>外径的3/4的孔洞直径。必须注意的是，这种连接在室温下不起作用，并且不可重复使用，因为拆卸该组件是个问题。

本发明是一种辊组件，其中扭矩传递和支撑装置能够在不需要冷却的情况下在大范围的温度下与不同材料的辊一起工作，并且可重复使用。该扭矩传递和支撑装置传递扭矩、支撑辊(不需要外部支撑装置)并允许直接连接到轴承(或另一个驱动装置)，从而减少连接所需的空间。通过简单地将扭矩传递和支撑装置推入辊的孔洞内来进行连接。不使用冷缩配合。扭矩传递是由连接部分的弹性机械变形引起的，而支撑来自至少支撑表面的存在。

布置在陶瓷阀芯的孔洞内的扭矩传递和支撑装置与陶瓷阀芯之间的摩擦连接足以将扭矩从旋转驱动装置传递到陶瓷阀芯。应该注意，由于陶瓷材料弯曲强度的坏名声，技术人员通常不会想要将扭矩传递和支撑装置布置在陶瓷阀芯内的孔洞中。还应该注意的是，在现有技术中从未确定这样的事实，即非常低的传递扭矩足以驱动辊旋转。

根据本发明，不再需要端盖并且其由如权利要求11至14所述的扭矩传递和支撑装置代替。如果发生暂时过热，布置在陶瓷阀芯内的扭矩传递和支撑装置较少受温度变化影响，因为它与外部环境稍微隔离。随着温度的急剧升高，由于扭矩传递和支撑装置的热膨胀，紧固力将增加，并且该过程将继续而不受任何扰动。

本发明的其他优点如下：

-根据本发明的扭矩传递和支撑装置的制造比通常的端盖更便宜：尤其是对于直径非常大的辊(例如LOR)而言。外部端盖具有相当大的尺寸并且非常昂贵；根据本发明，扭矩传递和支撑装置的外部尺寸显著减小。

-扭矩传递和支撑装置通过辊的陶瓷热隔离，因此可以考虑在炉中的更高温度应用。

-如果出现非自愿的高传递扭矩，则系统将充当保险丝。

-该组件是自定心的。事实上，陶瓷阀芯与扭矩传递和支撑装置之间总是有接触。

本发明提供了几乎不受温度影响的连接，因为满辊最适合于本发明。相反，外部组件通常会因受热而变松。

本发明提出了如权利要求1所述的输送辊组件。

陶瓷阀芯必须具有至少15MPa的弯曲强度，使得阀芯能够承受扭矩传递和支撑装置的引入，这可以像使用槌棒一样简单地完成。然后使扭矩传递和支撑装置的连接部分机械地且弹性地变形，使得两个元件(装置和阀芯)机械地连接；该连接通过由弹性变形的连接部分生成的摩擦来实现。扭矩传递和支撑装置的支撑部分基本上不变形并且用于从阀芯内部支撑到阀芯。当从陶瓷阀芯中取出装置时，扭矩传递和支撑装置恢复到其初始形状。要注意的是，扭矩是通过布置在扭矩传递和支撑装置的外表面上的连接表面而传递的。接收扭矩传递和支撑装置的轴向居中孔洞的直径(d)必须大于或等于10mm但小于辊的外径(D)的3/4。大于D的3/4的直径使得辊的端部易碎，而需要最小10mm来引入有效的扭矩传递和支撑装置。优选地，孔洞的直径小于或等于外径(D)的1/3。轴向居中孔洞的深度(Dd)也是重要的参数。可使用空心辊，但大部分时间这些辊是实心的并被钻孔。孔洞的直径(d)的至少1.5倍的深度是优选的。再次低于此值时，辊的端部更易碎，并且可能发生同轴度问题。

在本发明的第一实施方案中，输送辊组件包括扭矩传递和支撑装置，该扭矩传递和支撑装置包括主体，该主体具有从陶瓷阀芯向外伸出的部件，该部件可连接到旋转驱动装置，并且连接部分布置在主体和陶瓷阀芯之间。主体和连接部分是两个不同的元件。连接部分可以是具有多个周向布置的波纹的弹性金属的开口公差环。公差环设置在主体的凹槽中以防止任何轴向位移。公差环的使用除了易于安装之外，还可以适应内部和外部部件直径的微小变化。

当公差环不能围绕扭矩传递和支撑装置的主体自由旋转时，甚至观察到扭矩传递值的增加。阻挡装置如销可用于阻挡扭矩传递和支撑装置的旋转。

出于制造、物流和成本的原因，其中扭矩传递和支撑装置3制成一体的输送辊组件是优选的：连接部分包括具有平行于扭矩传递和支撑装置3的纵向轴线的主轴的细长孔洞，所述孔洞限定细长条带，所述条带包括至少较厚的部分。

作为不同连接表面的条带的较厚部分5优选地径向布置，即较厚部分分布在圆周上并且分开一定角度。

扭矩传递和支撑装置3优选地包括气体排出装置诸如孔洞，以便在将扭矩传递和支撑装置3安装在陶瓷阀芯内时允许空气从孔洞中逸出。

较厚部分的数量和设计取决于需要传递的扭矩值。

已经观察到，这些辊组件专门用于需要低扭矩传递的应用。当需要更高的值时(例如需要不同的辊速时)，如EP-B1-1853866中所述的端盖可用于陶瓷阀芯的一个端部上，而第二端部上的端盖可有利地由本发明的扭矩传递和支撑装置3代替。

陶瓷阀芯2通常包括熔融石英。

本发明还涉及大致圆柱形形状并具有纵向轴线的扭矩传递和支撑装置3，该扭矩传递和支撑装置用于该辊并且包括主体、包括至少一个圆柱形的支撑表面10的支撑部分和包括至少两个不同的连接表面的连接部分，其中该连接部分包括具有平行于扭矩传递和支撑装置3的纵向轴线的主轴的细长孔洞，所述孔洞限定细长条带，所述条带包括至少较厚的部分。该连接部分可机械地且弹性地变形。

优选地，该连接部分布置在两个圆柱形支撑表面10之间。然后优化圆柱形表面的支撑功能。

一个优选的实施方案是上文所述的扭矩传递和支撑装置3，其中支撑部分通过直径大于支撑部分的外径的环与可连接到驱动装置的部分分离。环9的邻接表面4允许在将扭矩传递和支撑装置3引入陶瓷阀芯内时直接定位。连接部分可机械地且弹性地变形以提供与陶瓷阀芯的摩擦连接。

本发明还涉及一种制造输送辊组件的方法，其包括以下步骤：

-提供具有至少15MPa的弯曲强度和外径D的陶瓷阀芯，并且陶瓷阀芯的至少一个端部具有直径为10mm<d<3/4D并且深度为Dd>1.5d的轴向居中孔洞，

-提供具有纵向轴线的扭矩传递和支撑装置3，该扭矩传递和支撑装置包括：

b1.包括至少一个圆柱形支撑表面10的支撑部分，和

b2.包括至少两个不同的连接表面的连接部分，

-引入设置在陶瓷阀芯2的至少所述孔洞中的扭矩传递和支撑装置3；

然后连接表面将扭矩传递和支撑装置3摩擦地连接到陶瓷阀芯2，以便使连接部分机械地且弹性地变形并且将扭矩传递和支撑装置3摩擦地连接到陶瓷阀芯2。

通过阅读接下来的说明将更好地理解本发明，这些描述将仅以举例方式给出并参考以下附图进行：

-图1是根据本发明的一个实施方案的输送辊的组件的透视图，

-图2是根据本发明的另一个实施方案的输送辊的组件的透视图，

-图3是根据一个优选实施方案的图2的扭矩传递和支撑装置3的透视图，

图1示出了陶瓷阀芯2以及扭矩传递和支撑装置的组件，该扭矩传递和支撑装置包括具有可连接到旋转驱动装置的部件的主体6，以及布置在主体和陶瓷之间的连接部分诸如公差环7。阻挡装置8阻挡公差环7的可能旋转。

图2示出了陶瓷阀芯2的几何特征。D是陶瓷阀芯2的外径；d表示陶瓷阀芯2的轴向居中孔洞的直径。Dd表示陶瓷阀芯2的轴向居中孔洞的深度。

图3示出了根据优选实施方案的扭矩传递和支撑装置3。扭矩传递和支撑装置制成一体，并具有带纵向轴线的大致圆柱形形状。扭矩传递和支撑装置3包括支撑部分和包括至少两个不同的连接表面的连接部分，该支撑部分包括两个圆柱形支撑表面10，该连接部分包括具有平行于扭矩传递和支撑装置3的纵向轴线的主轴的细长孔洞，所述孔洞限定细长条带，所述条带包括至少较厚的部分5。

进行扭矩测试并且使用根据本发明的扭矩传递和支撑装置3可以传递高达18N.m的扭矩。

即使在被加热到高达300℃之后，扭矩传递和支撑装置3仍能够传递超过15N.m的扭矩。

参考标号列表

1.陶瓷阀芯以及扭矩传递和支撑装置3的组件

2.陶瓷阀芯

3.扭矩传递和支撑装置3

4.环9的邻接表面

5.较厚的部分

6.扭矩传递和支撑装置3主体

7.公差环

8.销

9.环

10.支撑表面

D是陶瓷阀芯2的外径；

d表示陶瓷阀芯2的轴向居中孔洞的直径；

Dd表示陶瓷阀芯2的轴向居中孔洞的深度。

Claims (12)

1.一种在高温下使用的输送辊组件(1)，包括：

a)陶瓷阀芯(2)，所述陶瓷阀芯具有至少15MPa的弯曲强度和外径D，并且所述陶瓷阀芯的至少一个端部具有直径为d并且深度为Dd≥1.5d的轴向居中孔洞，和

b)扭矩传递和支撑装置(3)，所述扭矩传递和支撑装置为大致圆柱形形状并具有纵向轴线，所述扭矩传递和支撑装置设置在所述陶瓷阀芯(2)的至少所述轴向居中孔洞中并且包括主体，以及

b1.基本上不变形并且用于从内部支撑到所述陶瓷阀芯的支撑部分，所述支撑部分包括至少两个圆柱形支撑表面(10)，以及

b2.通过将所述扭矩传递和支撑装置引入所述陶瓷阀芯内而机械地且弹性地变形的连接部分，

当从所述陶瓷阀芯中取出所述扭矩传递和支撑装置时，所述连接部分能够恢复到其初始形状，

所述连接部分包括至少两个不同的连接表面，所述连接表面将所述扭矩传递和支撑装置(3)摩擦地连接到所述陶瓷阀芯，

其特征在于：

所述连接部分布置在两个圆柱形支撑表面之间，并且所述陶瓷阀芯的所述轴向居中孔洞的直径为10mm≤d≤3/4D。

2.根据权利要求1所述的输送辊组件(1)，其中所述陶瓷阀芯的所述轴向居中孔洞的直径为10mm≤d≤1/3D。

3.根据权利要求1所述的输送辊组件(1)，其中所述陶瓷阀芯的第二端部具有端盖。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的输送辊组件(1)，其中所述陶瓷阀芯包括熔融石英。

5.根据权利要求1所述的输送辊组件(1)，其中所述主体具有从所述陶瓷阀芯向外伸出的部件，所述部件能够连接到旋转驱动装置，并且其中所述连接部分布置在所述主体和所述陶瓷阀芯之间。

6.根据权利要求5所述的输送辊组件(1)，其中所述主体和所述连接部分形成至少两个不同的元件。

7.根据权利要求6所述的输送辊组件(1)，

其中所述主体包括凹槽，所述凹槽适于至少接收具有多个周向布置的波纹的弹性金属的开口公差环。

8.根据权利要求1所述的输送辊组件(1)，其中所述连接部分包括具有平行于所述扭矩传递和支撑装置(3)的所述纵向轴线的主轴的细长孔洞，所述细长孔洞限定细长条带，所述细长条带包括至少较厚的部分。

9.根据权利要求8所述的输送辊组件(1)，其中所述条带的所述较厚的部分径向地布置。

10.根据权利要求8或9所述的输送辊组件(1)，其中所述主体的所述支撑部分通过直径大于所述支撑部分的外径的环(9)与能够连接到驱动装置的部分分离。

11.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的输送辊组件的方法，包括以下步骤：

1)提供具有至少15Mpa的弯曲强度和外径D的陶瓷阀芯(2)，并且所述陶瓷阀芯(2)的至少一个端部具有直径为10mm≤d≤3/4D，并且深度为Dd≥1.5d的轴向居中孔洞，

2)提供具有纵向轴线的扭矩传递和支撑装置(3)，所述扭矩传递和支撑装置包括：

b1.包括至少两个圆柱形支撑表面(10)的支撑部分，以及

b2.包括至少两个不同的连接表面的连接部分，

3)引入设置在所述陶瓷阀芯(2)的至少所述轴向居中孔洞中的所述扭矩传递和支撑装置(3)；

以便使所述连接部分机械地且弹性地变形并且将所述扭矩传递和支撑装置(3)摩擦地连接到所述陶瓷阀芯(2)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述轴向居中孔洞的直径为10mm≤d≤1/3D。

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