DE19542850A1 - Walze, insbesondere Transport-, Trag- oder Führungswalze, in Verbundbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere Transport-, Trag- oder Führungswalze, mit einem rohrförmigen Mantel mit einer Längsachse, einem konzentrisch dazu angeordneten rohrför­ migen Lagerelement zur Lagerung und/oder Befestigung der Walze an einer Welle oder an Wellenstümpfen, und mit Mitteln zur Ver­ bindung des Mantels mit dem Lagerelement.

Es ist bekannt derartige Walzen, z. B. Lieferzylinder, Transport­ walzen, oder Umlenkwalzen aus nur einem Material durch spannende Bearbeitung herzustellen. Ferner ist es auch bekannt, einen spanlos hergestellten Mantel, der z. B. gespritzt, gepreßt oder tiefgezogen ist, zu verwenden und die Walze aus mehreren solcher Teile aufzubauen, wobei auch unterschiedliche Materialien, z. B. Stahl und Kunststoff zum Einsatz kommen.

Transport- oder Lieferwalzen dienen dazu, Gegenstände, Teile oder Endlos-Fäden oder Endlos-Materialien zu transportieren, d. h. zu liefern.

Umlenkwalzen dienen beispielsweise dazu, um Bahnen oder Filamen­ te, Drähte oder Bänder beispielsweise in Form von Endlos-Fäden, Papierbahnen, Tuchbahnen oder Folien umzulenken oder zu spannen. Von Nachteil bei den bisherigen Ausführungsformen ist, daß sie entweder komplett zu zerspanende Teile aufweisen oder sehr teure Tiefziehwerkzeuge erstellt werden müssen. In allen diesen Fällen ist jedoch eine Bearbeitung der Bohrung erforderlich, ehe der Außendurchmesser des Mantels bearbeitet werden kann, um die erforderliche Rundlaufqualität zu erzielen. Solche Fertigungs­ methoden sind jedoch aufwendig und damit teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu schaf­ fen, die eine geringe Masse aufweist und darüber hinaus auch bei großen Längen kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ver­ bindung des Mantels mit dem Lagerelement der zwischen der Innen­ fläche des Mantels und der Außenfläche des Lagerelementes be­ findliche Zwischenraum durch einen aushärtenden Schaum, der bei Einbringung sein Volumen verändert, ausgefüllt ist.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß durch die Verwendung des Schaumstoffes eine geringe Masse erzielt werden kann, denn der Mantel kann dünnwandig ausgebildet werden. Mit einer gerin­ gen Masse ist verbunden, daß auch Schwingungen durch Unwucht gemindert werden. Das bedeutet auch, daß ein geringerer Energie­ bedarf gegeben ist, um die Walze zu beschleunigen oder zu ver­ zögern. Durch die Verwendung von Präzisionsrohren ist es mög­ lich, kleine Toleranzen, bezogen auf die Konzentrizität (Innen­ durchmesser/Außendurchmesser) und damit einen guten Rundlauf zu erzielen. Der Zerspanungsaufwand wird auf ein Mindestmaß redu­ ziert. Wenn überhaupt erforderlich, ist lediglich der Außen­ durchmesser des Mantels zu bearbeiten.

Je größer das Verhältnis Länge zum Durchmesser der Walze, desto stärker treten die Vorteile der Lösung nach der Erfindung her­ vor, denn durch die geringe Masse hält sich die Durchbiegung auch bei großen Stützweiten in engen Grenzen, was mit anderen Lösungen nicht erreicht werden kann. Der Schaum führt zu einer relativ steifen Ausbildung und darüber hinaus ebenfalls zu einer Massenreduzierung. Eine Fertigung ist in einfacher Weise mög­ lich. So wird beispielsweise der Mantel in einer Vorrichtung konzentrisch zum Lagerelement, das auf eine Montagewelle auf ge­ steckt ist, sowie gegebenenfalls die Endscheiben, die evtl. selbstsichernd ausgebildet sein können, gehalten. Anschließend erfolgt das Einbringen des Schaumes in den Zwischenraum, wobei der Schaum expandiert und bei Volumenänderung einen erheblichen Druck erzeugt und somit über den erzeugten Reibschluß zwischen der Außenfläche des Lagerelementes und der Innenfläche des Man­ tels für eine drehfeste Verbindung sorgt.

Vorzugsweise wird als Mantel ein Metallrohr verwendet und somit die erforderlichen Qualitätsanforderungen für die meisten Anwen­ dungsfälle erfüllt und im Normalfall keiner weiteren Bearbeitung durch Zerspanung bedarf.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Zwischen­ raum zwischen der Innenfläche des Mantels und der Außenfläche des Lagerelementes seitlich zu deren Enden hin mittels zwischen beiden angeordneten Endscheiben abgeschlossen ist.

Um die Drehmomentübertragungskapazität noch zu erhöhen, ist vorgesehen, das rohrförmige Lagerelement mit einem vom Kreis­ ringquerschnitt abweichenden Querschnitt zu gestalten. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Strangpreßprofil, das eine über den Umfang mäanderförmig verlaufende Wandung aufweist.

Zusätzlich kann das rohrförmige Lagerelement parallel zur Längs­ achse geschlitzt ausgebildet werden. Bei der Einbringung des Schaumes in den Zwischenraum und dessen Expansion wird dabei das röhrförmige Lagerelement radial vorgespannt. Zur Begrenzung der Verspanung kann eine Montagewelle in das Lagerelement eingesetzt sein.

Der Schaum dringt auch in den Schlitz ein und erzeugt hierbei eine Art formschlüssige Verbindung zum Lagerelement.

Vorzugsweise steht das Lagerelement beidendig axial über den Mantel vor.

Um die Dämpfungseigenschaften und/oder die Durchbiegeeigenschaf­ ten des Mantels zu verändern, kann der Zwischenraum durch par­ allel und radial zur Längsachse verteilt angeordnete Stege un­ terteilt sein. Dabei sind die entstehenden einzelnen Räume aus­ geschäumt.

Zur Erhöhung der Drehmomentkapazität ist vorgeschlagen, daß der Mantel und/oder das Lagerelement mit radial und parallel zur Längsachse verlaufenden Stege versehen sind, welche jedoch in radialer Richtung kleiner bemessen sind als die radiale Er­ streckung des Zwischenraumes zwischen der Außenfläche des Lager­ elementes und der Innenfläche des Mantels. Dabei können der Mantel und/oder das Lagerelement aus einem Strangpreßprofil hergestellt sein, welche die Stege bzw. Rippen aufweisen.

Zusätzlich oder alternativ zu den Stegen ist ein konzentrisch zum Mantel verlaufender rohrförmiger Zwischenmantel vorsehbar.

Die Stege und/oder der Zwischenmantel können z. B. einsetzbare Kunststoffteile oder aus Pappe hergestellte Elemente sein.

Ferner ist es durch die Unterteilung in einzelnen Räume möglich, diese mit Schäumen unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften auszuschäumen.

Vorzugsweise ist das Lagerelement durch ein Aluminiumstrangpreß­ profil dargestellt.

Eine einfache und preisgünstige Ausgestaltung der Endscheiben ergibt sich durch die Verwendung von Zackenringen, welche Norm­ bauteile sind und die an ihrem Außen- und Innendurchmesser mit Zacken versehen sind. Diese greifen bei Montage in die Außen­ fläche des Lagerelementes und die Innenfläche des Mantels zur Verkrallung ein. Dabei nehmen sie auch an der erforderlichen Drehmomentübertragung teil.

Vorzugsweise ist der Schaum durch einen Polyurethanschaum (PU- Schaum) dargestellt. Solche Schäume sind handelsüblich und wer­ den beispielsweise in der Bauindustrie zur Montage von Bauteilen oder als Dämmstoff verwendet.

Schließlich ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß dem Lagerelementes mindestens eine Klemmvorrichtung zugeordnet ist.

Dabei ist es möglich, daß die Klemmvorrichtung mittig am Lager­ element angebracht ist und zur Verspannung durch einen Durch­ bruch im Mantel zugänglich ist.

Alternativ ist es möglich, daß die Klemmvorrichtung mindestens einem der Enden des Lagerelementes zugeordnet ist.

Eine günstige Ausgestaltung wird ferner dadurch erreicht, daß die Stege mit dem Lagerelemente eine Einheit bilden. Die Stege können ferner zur Zentrierung von Lagerelement und Mantel zuein­ ander genutzt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Walze nach der Erfindung im Längsschnitt in einer ersten Ausführungsform mit einem als geschlitztes Rohr gestalteten Lagerelement,

Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie I-I von Fig. 1 durch eine zu Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform mit einem rohrförmigen Zwischenmantel und einem zylindri­ schen Rohr als Lagerelement und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Walze in einer weiteren Ausführungsform bezüglich eines Schnittverlaufes I-I von Fig. 1, bei dem eine Unterteilung des Zwischen­ raumes durch radial verlaufende Stege und einen Zwi­ schenmantel vorgesehen ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Walze 1 mit der Längsachse 2, die als Rotationsachse für die Walze 1 bestimmt ist. Die Walze 1 besteht aus dem Mantel 3, der als zylindrisches Rohr ausgebil­ det ist. Der Mantel 3 besitzt eine zylindrische Außenfläche 4 und eine zylindrische Innenfläche 5. Der Mantel 3 wird von einem rohrförmigen Lagerelement 6 durchdrungen, das mit seinen Enden die Enden des Mantels 3 axial überragt. Das Lagerelement 6 ist, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, mit einem mäanderför­ migen Wandungsverlauf ausgestattet. Dessen Innenfläche 8 ergibt sich durch die nach innen weisenden Stegenden des Lagerelementes 6. Dessen Außenfläche ist mit 7 bezeichnet. Sie weist ebenfalls einen zumindest teilzylindrischen Abschnitt auf, der zwischen zwei Vertiefungen ausgebildet ist.

Zu den Enden des Mantels 3 hin ist der Zwischenraum, der in etwa als Kreisringzylinder mit an dem Ende konischem Verlauf ausge­ staltet ist, durch Endscheiben 12, 13 abgeschlossen, die als Zackenringe gestaltet sind und an ihrem Außen- und Innendurch­ messer Zacken 20 aufweisen, die in die Außenfläche 7 des Lager­ elementes 6 bzw. die Innenfläche 5 des Mantels 3 zur Verkrallung eingreifen. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die Endscheiben 12, 13 getellert sind.

Ferner ist ersichtlich, daß das Lagerelement 6 mit einem Schlitz 9 versehen ist, der parallel zur Längsachse 2 verläuft.

Der zwischen der Innenfläche 5 des Mantels 3, der Außenfläche 7 des Lagerelementes 6 und den Innenflächen der beiden Endscheiben 12, 13 gebildete Zwischenraum ist durch einen Polyurethanschaum 10, der ausgehärtet ist, ausgefüllt. Der Schaum 10 expandiert beim Einbringen und übt somit einen Druck auf die Wandung des Mantels 3 und die des Lagerelementes 6 aus, so daß eine radiale Vorspannung zu beiden gegeben ist. Hieraus resultiert außerdem durch die Schlitzform eine radiale Vorspannung des Lagerelemen­ tes. Der mäanderförmige Verlauf der Wandung des Lagerelementes 6 sorgt darüber hinaus für eine formschlüssige Verbindung mit dem Schaum 10. Insgesamt wird eine enge Verbindung zwischen dem Lagerelement 6 und dem Mantel 3 unter Vermittlung des Schaumes 10 erzeugt, so daß eine Drehmomentmitnahme gegeben ist, die bei­ spielsweise ausreichend ist, um die Walze 1 anzutreiben.

An den Enden des Lagerelementes 6 ist jeweils eine Klemmvorrich­ tung in Form von Klemmringen 14, 15 oder Schlauchschellen ange­ bracht, welche mit Klemmschrauben 16, 17 versehen sind, die eine Verformung und Festlegung des Lagerelementes 6 beispielsweise auf einer Welle 11 dienen. Es kann aber auch bereits die Vor­ spannung des Lagerelementes 6, die durch den Schaum 10 erzeugt wird, ausreichend sein, um mit der Welle 11 eine ausreichende Verbindung zu erzielen. Für die Herstellung dieser Walze 1 kann kalibriertes Rohr für den Mantel 3 und ein Strangpreßprofil beispielsweise aus Aluminium für das Lagerelement 6 verwendet werden. Nach Verbindung der beiden durch die Endscheiben 12, 13 in Form von Zackenringen wird der Mantel 3 in einer Vorrichtung zentriert aufgenommen. Ferner wird vorzugsweise in die Bohrung des Lagerelementes 6 eine Welle 11 eingesteckt. Anschließend kann, falls erforderlich, noch eine weitere Abdichtung des Zwi­ schenraumes vorgenommen werden, so daß der eingebrachte Schaum 10 seine Volumenveränderung mit Druck auf das Lagerelement 6 und den Mantel 3 vollziehen muß. Durch den Druck des Schaumes 10 wird das Lagerelement auf die Welle 11, die der Fertigungsvor­ richtung zugehörig ist, gedrückt und nimmt die Form der Welle 4 zumindest teilweise an.

Der Mantel 3 wird ebenfalls durch den Druck des Schaumes 10 an die Außenzentrierung der Fertigungsvorrichtung gedrückt und bei­ spielsweise auch dadurch kalibriert.

Hierdurch wird auch erzielt, daß die Bearbeitung des Innendurch­ messers des Lagerelementes entfallen kann, weil genügend Anlage­ punkte vorhanden sind, um die gewünschte Genauigkeit bei der späteren Montage auf einer Welle zu erreichen.

Bei der Verbindung wird der Mantel 3 durch die Fertigungsvor­ richtung so lange konzentrisch zum Lagerelement gehalten, bis der Schaum 10 ausgehärtet ist. Eventuell ist lediglich an­ schließend die Bearbeitung des Außendurchmessers des Mantels erforderlich. Die Auswahl des zu verwendenden Schaumes 10 er­ folgt auch nach dem Einsatzfall, so daß gegebenenfalls ein Schaum verwendet wird, der höheren Biege-Wechsel-Belastungen entgegenwirkt, weil er eine bestimmte Restelastizität aufweist. Einer solchen Gestaltung kommt eine Ausbildung, wie sie sich aus Fig. 3 ergibt, entgegen. Dabei ist ein zylindrisches rohrge­ staltetes Lagerelement gewählt, das konzentrisch zur Längsachse 2 und zum Mantel 3 angeordnet ist. Im Zwischenraum zwischen dem Mantel 3 und dem Lagerelement 6′ mit der zylindrischen Innen­ fläche 8′ ist ein rohrförmiger Zwischenmantel 18 eingesetzt. Dieser kann beispielsweise durch ein Kunststoffrohr dargestellt sein. Hierdurch wird der Zwischenraum in zwei Räume unterteilt, die mit unterschiedlichen Schäumen 10, 10′ ausgefüllt sein kön­ nen, die unterschiedliche Eigenschaften haben können. So kann beispielsweise der Schaum 10′ in dem äußeren Ringraum noch im ausgehärteten Zustand eine gewisse Restelastizität aufweisen, um Biege-Wechsel-Belastungen besser entgegenwirken zu können.

Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Biege-Wechsel-Be­ anspruchungen ist eine Ausgestaltung, wie sie in Fig. 4 darge­ stellt ist, besonders geeignet. Dabei ist in dem Zwischenraum zwischen der Außenfläche 7′ des als zylindrisches Rohr gestalte­ ten Lagerelementes 6′ und der Innenfläche 5 des rohrförmigen Mantels 3 ein Körper mit radial bezüglich der Längsachse 2 ver­ laufenden Stegen 19 und einem Zwischenmantel 18′ eingesetzt, so daß durch diese eine Unterstützung des Mantels 3 in radialer Richtung gegeben ist. Die einzelnen entstehenden Räume sind durch einen Schaum 10 ausgefüllt. Dabei kann ebenfalls eine Verwendung unterschiedlicher Schäume, wie sie sich z. B. im Zu­ sammenhang mit Fig. 3 ergibt, erfolgen.

Bezugszeichenliste

1, 1′, 1′′ Walze
2 Längsachse
3 Mantel
4 Außenfläche des Mantels
5 Innenfläche des Mantels
6, 6′ Lagerelement
7, 7′ Außenfläche des Lagerelementes
8, 8′ Innenfläche des Lagerelementes
9 Schlitz
10, 10′ Schaumstoff
11 Welle
12, 13 Endscheiben
14, 15 Klemmring
16, 17 Klemmschrauben
18, 18′ Zwischenmantel
19 Stege
20 Zacken

Claims (18)

1. Walze (1, 1′, 1′′), insbesondere Transport-, Trag- oder Füh­ rungswalze, mit einem rohrförmigen Mantel (3) mit einer Längsachse (2), einem konzentrisch dazu angeordneten rohr­ förmigen Lagerelement (6, 6′) zur Lagerung und/oder Befesti­ gung der Walze (1, 1′, 1′′) an einer Welle (11) oder an Wel­ lenstümpfen, und mit Mitteln zur Verbindung des Mantels (3) mit dem Lagerelement (6, 6′), dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Mantels (3) mit dem Lagerelement (6, 6′) der zwischen der Innenfläche (5) des Mantels (3) und der Außenfläche (7, 7′) des Lagerelementes (6, 6′) befindli­ che Zwischenraum durch einen aushärtenden Schaum (10, 10′), der bei Einbringung sein Volumen verändert, ausgefüllt ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Innenfläche (5) des Man­ tels (3) und der Außenfläche (7, 7′) des Lagerelementes (6, 6′) seitlich zu deren Enden hin mittels zwischen beiden angeordneten Endscheiben (12, 13) abgeschlossen ist.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) aus einem Metallrohr besteht.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Lagerelement (6) einen vom Kreisring­ querschnitt abweichenden Querschnitt aufweist.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (6) durch ein Strangpreßprofil mit einer über den Umfang mäanderförmig verlaufenden Wandung dargestellt ist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Lagerelement (6) parallel zur Längsachse (2) geschlitzt ausgebildet ist.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (6, 6′) beidendig axial über den Mantel (3) vorsteht.

8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum durch parallel und radial zur Längs­ achse (2) verteilt angeordnete Stege (19) unterteilt ist.

9. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) und/oder das Lagerelement (6, 6′) mit radial und parallel zur Längsachse (2) verlaufenden Stege versehen sind, welche jedoch in radialer Richtung kleiner bemessen sind als die radiale Erstreckung des Zwischenrau­ mes zwischen der Außenfläche (7, 7′) des Lagerelementes (6, 6′) und der Innenfläche (5) des Mantels (3).

10. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterteilung des Zwischenraumes ein konzentrisch zum Mantel (3) verlaufender rohrförmiger Zwischenmantel (18, 18′) vorgesehen ist.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (6) durch ein Aluminiumstrangpreßpro­ fil dargestellt ist.

12. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endscheiben (12, 13) durch Zackenringe, die mit an ihrem Außen- und Innendurchmesser vorhandenen Zacken (20) in der Außenfläche (7) des Lagerelementes (6) und der In­ nenfläche (5) des Mantels (3) verkrallt sind, dargestellt sind.

13. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum (10, 10′) durch einen Polyurethan-Schaum (PU- Schaum) dargestellt ist.

14. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lagerelement (6) mindestens eine Klemmvorrichtung (14, 15) zugeordnet ist.

15. Walze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung mittig am Lagerelement (6) ange­ bracht ist und zur Verspannung durch einen Durchbruch im Mantel (3) zugänglich ist.

16. Walze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (14, 15) mindestens einem der Enden des Lagerelementes (6) zugeordnet ist.

17. Walze nach einem der Ansprüche 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (19) mit dem Lagerelement (6′) eine Einheit bilden.

18. Walze nach einem der Ansprüche 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (19) zur Zentrierung von Lagerelement (6′) und Mantel (5) zueinander dienen.