FI109231B - Välilaakeroitu rulla - Google Patents

Description

109231 Välilaakeroitu rulla

Keksinnön kohteena on rullaradan osana toimimaan järjestetty rulla, jossa on akseli, 5 jonka läpi kulkee jäähdytyskanava ja johon akseliin on kiinnitetty vaihdettavia vaippoja sovittamalla akseli kulkemaan vaipassa olevan reiän läpi ja joka akseli on tuettu runkoon päätylaakereilla ja välilaakereilla.

Metalliaihioiden valamisessa käytetään jatkuvavalutekniikkaa, jossa sula metalli 10 kaadetaan ensin suppilomaiseen muottiin, ns. kokilliin, josta metalliaihio siirtyy kahden rinnakkaisen rullaradan muodostamalle kaksoisrullaradalle. Rullaratojen kulkiessaan aihio vähitellen jäähtyy lopulliseen muotoonsa. Rullaratojen välissä kulkevalla pinnastaan hieman jäähtyneellä aihiolla on vain ohut ja kiinteä pintakerros ja aihion sisällä metalli on sulaa. Jotta aihion pintakerros ei puhkeaisi ja sula 15 metalli pääsisi valumaan rullien väliin, täytyy aihiota tukevia rullia olla hyvin tiheässä. Tämän vuoksi rullat ovat halkaisijaltaan verrattain pieniä; yleensä 220-300 mm. Leveiden levymäisten metalliaihioiden valamisessa käytetään yleisesti välilaa-keroituja rullia, joissa yhteen akseliin kiinnitetään useita lieriömäisiä vaippoja. Väli-laakereiden ansiosta poikkileikkaukseltaan ohuelle pitkälle rullalle saadaan aikaan 20 riittävä taivutusjäykkyys.

Kuvassa 1 on esitetty eräs tekniikan tason mukainen välilaakeroitu rulla sivulta ku-vattuna. Rullan keskellä kulkee koko rullan pituinen yhtenäinen akseli 10, jonka ympärillä on vaippoja 12. Kuvassa 1 vaippoja on kolme kappaletta, mutta niitä voi 25 olla myös muu määrä. Vaipat ovat pituudeltaan yleensä alle 700 mm ja niiden sei-nämän paksuus suunnilleen 70-100 mm. Akseli tuetaan päistään päätylaakereilla 18 ’;. : sekä jokaisen vaipan välistä välilaakereilla 20, jotka kiinnitetään rullaradan runkoon * ··* 14. Yhteen akseliin kiinnitetyt vaipat 12 ovat erimittaisia, jotta rullaradan peräkkäi- ’·...* sissä rullissa välilaakerit voidaan sijoittaa akselin pituussuunnassa eri kohtiin. Rul-30 lan jäähdyttämiseksi akselin keskiosan läpi johtaa akselin pituussuuntainen jäähdy-tyskanava 22, jonka läpi johdetaan kulkemaan jäähdytysneste. Jäähdytyskanavan ·”*: päissä ovat putki liittimet 24, joilla jäähdytyskanava yhdistetään jäähdytysverkos- ’ . toon. Jäähdytysneste virtaa kanavaan kanavan ensimmäisestä päästäjä poistuu ka- I · a . navasta kanavan toisesta päästä.

35 :V: Kuvassa Ib on esitetty esimerkinomaisesti eräs tekniikan tason mukaisen rullan toi- : nen pää poikkileikkauskuvana. Vaippa on lieriömäinen osa, jonka keskellä on akse lin ulkohalkaisijan suuruinen reikä 13. Vaipan sisäpinta vastaa koko vaipan matkalta 2 109231 akselin ulkopintaan, jotta vaipan lämpö siirtyisi mahdollisimman tehokkaasti kosketuspintojen kautta akseliin ja siitä edelleen jäähdytyskanavassa viilaavaan jäähdytysnesteeseen. Akseli on aina koko vaipan pituuden matkalta tasapaksu, mutta siinä on supistuskohtia, joissa akselin poikkileikkaus muuttuu. Akseli on siten paksuim-5 millään keskimmäisen vaipan kohdalla ja ohuimmillaan akselin päissä. Päätylaake-reiden kohdalla akselin ympärille voidaan asentaa sovituskappaleita 16, jolloin koko akselissa voidaan käyttää yhtä laakerikokoa. Vaippa kiinnitetään akselille kiinteästi lukituskiilan 30 avulla niin, että vaippa pyörii aina samalla nopeudella akselin kanssa. Akselin ja vaipan kiinteän kiinnityksen ansiosta rulla voidaan järjestää myös ve-10 täväksi pyörittämällä sitä moottorilla akselin päästä. Yleensä metallin jatkuvavalu-laitosten kaksoisrullaradat kootaankin paketeista, joissa samaan runko-osaan on kiinnitetty esimerkiksi viisi ylärullaa ja viisi alarullaa, joista yksi rullapari on vetävä ja muut vapaasti pyöriviä.

15 Tekniikan tason mukaisiin väli laakeroituihin jäähdytettyihin rulliin liittyy useita epäkohtia. Raskaat metalliaihiot kuluttavat ja naarmuttavat vaippojen pintoja nopeasti, minkä vuoksi vaipat on vaihdettava uusiin tai kunnostettava säännöllisin väliajoin. Myös rullan välilaakerit vaativat säännöllistä huoltoa, minkä vuoksi rulla on aika ajoin purettava. Vaipat irrotetaan akselilta vetämällä ne kokonaisina irti akselil-20 ta. Irrotustyö on hidasta ja vaikeaa, koska vaippa on sovitettu akselille tiukasti ja koska vaipan ja akselin kosketuspinta on koko vaipan pituinen. Irrotustyö edellyttääkin yleensä aina vaipan lämmittämistä, jotta lämpölaajeneminen helpottaisi vai-··· pan irtoamista. Lämmittämisestä huolimatta vaippa saattaa leikkautua kiinni akse-

i i i I

liin, jolloin koko akseli on vaihdettava. Akselin pinta myös naarmuuntuu helposti 25 irrotustyössä, mikä heikentää lämmön johtumista uuden vaipan ja akselin välillä.

*! ”. Uusien tai kunnostettujen rullien lämmönsiirto-ominaisuudet ovat lisäksi aina epäta- saiset, koska osien valmistustoleransseista johtuen akselin ja vaipan välisen raon leveys vaihtelee.

30 Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin rakenteeltaan uudenlainen välilaakeroitu :,..: jäädytetty rulla, jolla voida vähentää mainittuja, tekniikan tasoon liittyviä haittoja ja epäkohtia. Keksinnön mukaiselle välilaakeroidulle rullalle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa. Keksinnön eräitä edullisia suoritus- » » . muotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

35 : Keksinnössä rullaradan osana toimiva yksittäinen rulla koostuu akselista, johon on kiinnitetty vaihdettavissa olevia vaippoja. Akseli on laakeroitu päästään päätylaake-reilla ja vaippojen välistä välilaakereilla rullaradan runkoon. Keksinnön perusaja- 3 109231 tuksena on, että vaippa ei vastaa akselin ulkopintaan koko vaipan pituuden matkalta vaan ainoastaan vaipan kummastakin päästä. Vaipan keskialueelle jää näin akselia kiertävä rengasmainen ontelo. Ontelon ansiosta vaippa vastaa akselin pintaan vain lyhyeltä matkalta, mikä helpottaa vaipan irrottamista akselilta.

5

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa akselin ulkopinnan ja vaipan sisäpinnan väliin jäävä ontelo täytetään hyvin lämpöä johtavalla täytemassalla, mikä parantaa lämmön siirtymistä vaipasta akseliin ja edelleen jäähdytyskanavaan.

10 Keksinnön eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa akselin jäähdytys-kanavassa kulkeva jäähdytysneste ohjataan kulkemaan vaipan ja akselin ulkopinnan välisessä ontelossa.

Keksinnön etuna on, että rullista saadaan lämmönsiirto-ominaisuuksiltaan tasalaa-15 tuisia. Tasalaatuisuuden ansiosta kaikki rullan vaipat voidaan pitää jäähdytyksellä suunnilleen samassa lämpötilassa. Näin vaippojen käyttöikä pitenee ja kaikki vaipat kuluvat tasaisesti.

Keksinnön etuna on, että se nopeuttaa rullaradan huoltotöitä. Keksinnön ansiosta 20 välilaakeroidun rullan vaippojen irrottaminen nopeutuu ja helpottuu, mistä syntyy säästöä työkustannuksissa.

. ·:· Lisäksi keksinnön etuna on, että akselin naarmuuntumisen ja vaipan kiinnileikkaan- : *. ’: tumisen riski pienenee oleellisesti. Näin akselin ja vaipan käyttöikä pitenee ja mate- .:. 25 riaali- j a varaosakustannuksissa syntyy säästöä.

•

Edelleen keksinnön etuna on, että kun lämmön siirtyminen vaipasta akseliin para-;;; nee, koko rullan jäähdytys helpottuu. Parantuneiden lämmönsiirto-ominaisuuksien ’···' ansiosta jäähdytysnesteen kiertotarvetta voidaan alentaa, mistä syntyy säästöä ener- 30 giakustannuksissa ja jäähdytyslaitteiston investointikustannuksissa.

’ t,,: Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan ohei- siin piirustuksiin, joissa . 35 kuvat la ja Ib esittävät tekniikan tason mukaista välilaakeroitua rullaa,

• I

I · ; ] ’: kuva 2 esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaisen välilaakeroidun rullan toista päätä poikkileikkauskuvana ja 4 109231 kuva 3 esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaisen välilaakeroidun rullan edullista suoritusmuotoa poikkileikkauskuvana.

5 Kuvassa 2 on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukaisen välilaakeroidun rullan toinen pää poikkileikkauskuvana. Rullassa on akseli 10, jonka ympärillä on vaippoja 12. Akseli on muotoiltu molempia päitä kohti porrasmaisesti ohenevaksi vaippojen ja laakereiden akselille asentamisen ja akselilta purkamisen helpottamiseksi. Akselin keskiosan läpi kulkee akselin suuntainen jäähdytyskanava 22. Vaippa 10 12 on edullisesti yhdestä yhtenäisestä metallikappaleesta valmistettu lieriömäinen osa, jonka keskellä on vaipan pituussuuntainen reikä 13. Vaippa on kiinnitetty akseliin kiinteästi lukituskiilalla 30. Vaipan kiinnitys aloitetaan asentamalla ensin luki-tuskiila akselin ulkopinnassa olevaan lukitusuraan 26b. Lukituskiila on paksuudeltaan sellainen, että lukituskiilan toinen reuna jää näkyviin, kun se on paikoillaan 15 lukitusurassa 26b. Tämän jälkeen vaippa työnnetään paikoilleen niin, että lukituskiilan toinen reuna asettuu vaipan reiän 13 toisessa päässä olevaan lukitusuraan 26a lukiten vaipan paikoilleen. Luonnollisesti vaipan kiinnittämiseen voidaan käyttää myös useita lukituskiiloja. Tällöin lukitusurat ja kiilat sijoitetaan edullisesti tasavälein akselin ympärille. Kiinteän kiinnityksen ansiosta vaippa pyörii aina samalla 20 nopeudella akselin kanssa. Rullaa voidaan myös pyörittää toisesta tai molemmista päistä moottorilla, jolloin se toimii vetävänä.

. :· Keksinnössä vaipan 12 läpi kulkeva reikä 13 on halkaisijaltaan muuttuva. Vaipan 1'·': molemmissa päissä reiän halkaisija on olennaisesti yhtä suuri kuin vaipan läpi kul- 25 kevan akselin ulkohalkaisija, mutta vaipan keskialueella reiän halkaisija on hieman : akselin ulkohalkaisijaa suurempi. Vaipan reiän 13 seinämä vastaa siten akselin ul- kopintaan ainoastaan vaipan päihin muodostuvien kapeiden kannasten 44 leveydellä tä. Kannasten leveys voidaan valita telojen valmistusvaiheessa sopivasti. Edullisesti *··' kannakset ovat leveydeltään 5-10 senttimetriä. Vaipan keskialueella reiän seinämän 30 ja akselin ulkopinnan väliin jää rako 34, jonka leveys voidaan valita sopivasti.

’...: Vaipan ja akselin väliin jäävä rako muodostaa poikkileikkaukseltaan rengasmaisen, ...: yhtenäisen ontelon 35, joka ulottuu vaipan ensimmäisen pään läheisyydestä vaipan ,,,.: toisen pään läheisyyteen saakka. Ontelo on täytetty täytemassalla 42, joka on jotakin 35 hyvin lämpöä johtavaa tahnamaista ainetta. Edullisesti täytemassa on jotain metalli- .·.· pastaa, kuten kuparipastaa tai molybdeenipastaa, jonka sidosaineena on glykolipoh-L..: jäinen öljy. Lisäksi täytemassassa voi olla voiteluaineena toimivaa grafiittia. Täyte- massan ensisijaisena tehtävänä on toimia vaipan seinämän ja akselin välillä lämpöä 5 109231 johtavana materiaalina. Täytemassan ansiosta lämpö siirtyy vaipan ja akselin rajapinnassa tehokkaasti, koska täytemassa täyttää ontelon kokonaan. Akselin 10 tai vaipan reiän 13 pinnassa olevat urat ja naarmut tai osien mittojen epätarkkuudet eivät siten vaikuta lämmönjohtavuuteen heikentävästi.

5 Täytemassa asennetaan onteloon sen jälkeen, kun vaippa on asennettu paikoilleen akselille 10. Täytemassan asentamista varten vaipan ensimmäisessä päässä on täyt-töreikä 36, joka ulottuu vaipan 12 seinämän läpi ontelon 35 ensimmäiseen päähän. Vastaavasti vaipan toisessa päässä on tarkastusreikä 38, joka ulottuu vaipan ulko-10 pinnasta ontelon 35 toiseen päähän. Täytemassaa puristetaan rasvaprässillä tai vastaavalla työkalulla täyttöreiän kautta onteloon niin paljon kuin onteloon mahtuu.

Kun ’’ylimääräinen” täytemassa pyrkii pois ontelosta tarkastusreiän kautta, ontelo on täynnä ja täyttöreiän ja tuloreiän päät suljetaan tulpilla 40. Ontelo mitoitetaan siten, että akselin ulkopinnan ja reiän 13 pinnan väliin jäävä rako 34 on mahdollisimman 15 pieni, jotta täytemassaa tarvitaan mahdollisimman vähän. Raon tulee kuitenkin olla niin suuri, että täytemassa pääsee työntymään rakoon hyvin ja täyttämään ontelon kokonaan. Kuvassa 2 on esitetty ainoastaan akselin päätä lähinnä oleva vaippa 12.

Muut akseliin kiinnitetyt vaipat ovat rakenteeltaan samankaltaisia, ainoastaan vaipan pituus voi muuttua. Luonnollisesti myös vaipan läpi kulkevan reikä on kooltaan 20 erilainen sen mukaan, miten akselin halkaisija muuttuu akselin pituussuunnassa.

I Keksinnön mukaisessa välilaakeroidun rullan purkaminen ja vaippojen vaihtaminen :· on nopeaa. Ensin akselilta irrotetaan pääty laakeri 18 vetämällä se pois akselin pään : suunnasta. Tämän jälkeen vaippa 12 vedetään pois akselin ympäriltä. Vaipan irtive- 25 täminen on helppoa, koska vaippa vastaa suoraan akselin ulkopintaan vain vaipan * ' I » , . : kummastakin päästä kannasten 44 leveydeltä. Kun vaippa on siirtynyt akselin päätä ,'.kohti kannaksen leveyden verran, kosketuspintojen välinen rako kasvaa niin suurek-» « si, että vaipan vetäminen pois akselilta ei vaadi enää suurta voimaa. Akseli ohenee ’·*·’ porrasmaisesti akselin päätä kohti niin, että vaipan ensimmäisen pään kannaksen 30 kohdalla akseli on ohuempi kuin vaipan toisen pään kannaksen kohdalla. Kannaksen :: vastaavat akselin ulkopintaan siis vain vaipan irrotuksen alkuvaiheessa. Irrotusvai- 'heessa täytemassa toimii voiteluaineena ja estää kosketuspintojen naarmuuntumisen.

Ensimmäisen vaipan irrottamisen jälkeen poistetaan lukituskiila 30 lukitusurasta .,..: 26b ja sen jälkeen ensimmäinen välilaakeri 20 ja seuraava vaippa. Vastaavalla taval- 35 la jatketaan, kunnes kaikki vaipat ja laakerit on irrotettu. Yleensä rullissa käytetään v.: symmetrisiä akseleita, jotka ovat paksuimmillaan akselin keskiosalla ja ohenevat porrasmaisesti molempia päitä kohti. Tällöin rulla puretaan luonnollisesti kahteen suuntaan molemmista päistä alkaen.

6 109231

Kuvassa 3 on esitetty esimerkinomaisesti poikkileikkauskuvana eräs keksinnön mukaisen välilaakeroidun rullan edullinen suoritusmuoto. Tässä suoritusmuodossa vaippa 12a on muutoin kuvassa 2 esitetyn suoritusmuodon kaltainen, mutta siinä ei 5 ole täyttöreikää 36 eikä tarkastusreikää 38. Vaipan sisäpinnan ja akselin ulkopinnan välistä onteloa 35 ei ole myöskään täytetty täytemassalla. Tässä suoritusmuodossa akselissa on tuloreikiä 46 ja paluureikiä 48, jotka johtavat jäähdytyskanavasta 22 säteittäisesti akselin seinämän läpi onteloon 35. Reiät sijoittuvat akselin pituussuunnassa niin, että vaipan ollessa paikoillaan akselin ympärillä tuloreiät sijaitsevat lä-10 hellä ontelon ensimmäistä päätä ja paluureiät lähellä ontelon toista päätä.

Jäähdytyskanavan sisällä on jokaisen vaipan kohdalla tuloreikien ja paluureikien välisellä osalla sulkutulppa 50, joka estää jäähdytysnesteen virtaamisen jäädytys-kanavaa pitkin. Sulkutulppa voi olla edullisesti yksinkertainen pyörötangon pätkä.

15 Tässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa jäädytysneste virtaa ensin akselin toisesta päästä jäähdytyskanavaan 22. Vaipan kohdalla jäähdytysneste virtaa tuloreikien 46 kautta onteloon 35 ja paluureikien 48 kautta ontelosta takaisin jäähdytys-kanavaan. Jäähdytysnesteen virtausreitti kulkee vastaavalla tavalla akselin jokaisen vaipan kohdalla. Tuloreikien ja paluureikien koot ja lukumäärä sekä raon 34 leveys 20 valitaan edullisesti niin, että jäähdytysnesteen virtausreitin poikkileikkausala säilyy suunnilleen samana koko rullan matkalla. Tässä suoritusmuodossa vaipan jäähdytys tapahtuu erittäin tehokkaasti, koska vaipan lämpö siirtyy suoraan vaipasta jäähdy-. ·· tysveteen. Tarvittaessa akselin ja vaipan rajapintoihin voidaan asentaa tiivisteet 52, j '·*. jotta ontelo 35 saadaan riittävän tiiviiksi. Tiiviste voi olla edullisesti rengastiiviste, .25 joka asennetaan akselin 10 ympärille kannasten 44 ja akselin ulkopinnan kosketus- . , : pinnalle työstettyyn uraan.

! ·

Edellä kuvattu keksinnön mukainen välilaakeroitu jäähdytetty rulla soveltuu erityi- * » ’ sen hyvin juuri teräs- ja metalliteollisuuden jatkuvavalulinjojen rullaratojen osaksi, 30 mutta sitä voidaan käyttää myös muuhun käyttöön tarkoitetuissa rullaradoissa. Rul-'...: lan lämmönsiirto-ominaisuuksien ansiosta sitä voidaan käyttää erityisen hyvin myös ’sellaisissa kohteissa, joissa tarvitaan lämmitettävää rullaa. Tällöin jäähdytyskana-vaan ohjataan jäähdytysnesteen asemasta sopivassa lämpötilassa olevaa nestettä, ,,.. j jolla rullan lämpötila nostetaan halutulle tasolle.

‘ 35 \v Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen välilaakeroidun rullan edullisia suori-• tusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

Claims (11)

109231

1 I · ) · • » I · l t I

1. Rullaradan osana toimimaan järjestetty rulla, jossa on akseli (10), jonka läpi 5 kulkee jäähdytyskanava (22), ja johon akseliin on kiinnitetty vaihdettavia vaippoja (12, 12a) sovittamalla akseli kulkemaan vaipassa olevan reiän (13) läpi ja joka akseli on tuettu runkoon (14) pääty laakereilla (18) ja välilaakereilla (20), tunnettu siitä, että vaipan sisäpinnan ja akselin ulkopinnan välissä on akselia ympäröivä ontelo (35). 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rulla, tunnettu siitä, että ontelo (35) on saatu aikaan tekemällä vaipan (12, 12a) läpi kulkevasta reiästä (13) halkaisijaltaan muuttuva niin, että reiän halkaisija on olennaisesti akselin (10) halkaisijan suuruinen vaipan molemmissa päissä ja akselin halkaisijaa suurempi vaipan keskialueella. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rulla, tunnettu siitä, että ontelossa (35) on täytemassaa (42).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen rulla, tunnettu siitä, että täytemassa (42) on 20 jotakin hyvin lämpöä johtavaa tahnamaista ainetta vaipan (12) ja akselin (10) välisen lämmönsiirron parantamiseksi.

. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen rulla, tunnettu siitä, että täytemassa (42) on ; *'; metallipastaa, jonka sidosaineena on glykolipohjainen öljy. ’ 25 » j

* , , : 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen rulla, tunnettu siitä, että täytemassan (42) t’ metallinen ainesosa on kuparia. > » • »

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen rulla, tunnettu siitä, että täytemassan (42) 30 metallinen ainesosa on molybdeenia.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 3-7 mukainen rulla, tunnettu siitä, että täytemas- ♦ ,..,: sassa (42) on grafiittia. > I · . 35

9. Jonkin patenttivaatimuksen 3-8 mukainen rulla, tunnettu siitä, että vaipassa \V (12) on täyttöreikä (36) ja tarkastusreikä (38) täytemassan (42) asentamiseksi onte-O loon (35). 109231

10. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rulla, tunnettu siitä, että akselissa (10) on tuloreikiä (46) ja paluureikiä (48) jäähdytysnesteen johtamiseksi jäähdytyskana-vasta (22) onteloon (35) ja ontelosta takaisin jäähdytyskanavaan.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen rulla, tunnettu siitä, että jäähdytyskanava (22) on suljettu sulkutulpalla (50) ontelon (35) kohdalla tuloreikien (46) ja paluu- . reikien (48) väliseltä osalta.

10 Patentkrav