TW201718373A - 輸送機滾輪總成、扭矩傳遞支撐手段以及用於組裝使用於高溫環境的輸送機滾輪的方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於高溫的輸送機滾輪總成(1)，包含：a)一陶瓷捲軸(2)，具有至少15MPa的抗彎強度和一外徑D；及b)一扭矩傳遞支撐手段(3)，具有大致為圓柱形形狀且具有一縱軸，該扭矩傳遞支撐手段(3)包含：一本體；及b1. 一支撐部分，包含至少一個圓柱形支撐表面，及b2. 一連接部分，其可機械地和彈性地被變形，該連接部分包含至少兩個不同的連接表面，將該扭矩傳遞支撐手段(3)摩擦地連接到該陶瓷捲軸(2)，其特徵在於該陶瓷捲軸的至少一個端部具有一軸向中心孔，其直徑為10mm□d□3/4D，較佳地□1/3D，且其深度Dd□1.5d，及該扭矩傳遞支撐手段(3)係被設置於該陶瓷捲軸(2)的至少該孔中。
Description
本發明係有關於一種具有至少一個末端的使用於高溫的輸送機滾輪總成，一種用於使其旋轉的新穎配置，以及係有關於扭矩傳遞支撐手段，及係有關於一種用於組裝該滾輪和該扭矩傳遞支撐手段的方法。
一使用於高溫的輸送機滾輪總成通常包含一陶瓷捲軸。典型地，該陶瓷捲軸包含熔融矽石(fused silica)。陶瓷成分的滾輪在高溫環境中確實優於金屬滾輪。然而陶瓷材料相當難以加工和易碎。此外，這種滾輪不能直接連接到需要旋轉該等滾輪的驅動機構。
在先前技術中已經開發不同的系統。US-A1-4,230,475揭露在一對金屬軸之間以壓應力方式嚙合的陶瓷滾輪。該等金屬軸經由在該陶瓷滾輪的凹槽中軸向向內延伸的部分而與該陶瓷滾輪的各端對齊。一摩擦材料施加於該陶瓷滾輪的端面與該等金屬軸的頭部
之間的界面表面。這種摩擦材料改善了在壓縮方向用於旋轉該陶瓷滾輪的旋轉驅動力。然而，由於組裝困難，此系統很快被放棄。
使用帶有金屬端蓋的陶瓷滾輪通常係較佳的。該等端蓋允許容易地安裝到一驅動裝置。然而該等端蓋應牢固地附著到該捲軸上，從而允許該捲軸以所需的速度旋轉。通常不希望偏心旋轉，因為這將對於運輸物品產生一個不均勻的支撐表面。
該陶瓷捲軸及該等金屬端蓋的不同熱膨脹使得該端蓋難以牢固地緊固到該捲軸上，且可能產生偏心旋轉。已經提出了各種方法來克服這個困難。U.S.Pat.No.4,242,782提出使用橡膠O型環的緊固端蓋。O型環在升高的溫度下可變得柔韌且失去保持力，導致該捲軸偏心旋轉，且使該等端蓋與該捲軸之間滑動。如果，意外地，該等O型環已受到這種升高的溫度，它們確實地必會失去其保持力，使得即使當溫度恢復到其正常值時，仍然觀察到滑動。由於這個原因，使用O型環將端蓋緊固到一捲軸係限制應用在低溫(低於250℃)。
EP-B1-1853866藉由提供一端蓋解決了這些問題，該端蓋具有一插入在該端蓋與該陶瓷捲軸末端之間之公差環，其在一廣範圍的應用溫度中將該等端蓋牢固地且定中心地固定於一陶瓷捲軸。該端蓋耐一暫時的過熱：該端蓋和該公差環將受熱膨脹，但該陶瓷捲軸的尺寸將不會顯著改變。因此，該公差環的緊固力將減小，且該捲軸將在該端蓋中開始滑動。當溫度恢復正常時，
該端蓋及公差環將恢復到其「正常」尺寸，且該保持力將一體地恢復而不引起偏心旋轉。該端蓋也容易安裝。該輸送機滾輪總成也能抵抗暫時的生產線擁塞或卡住，以及粗暴的加速或減速。
使用具有一公差環之端蓋所獲得的傳遞扭矩範圍通常較大(最高幾百N.m)。然而在高溫，該傳遞扭矩值可能隨時間減少。該案之發明人已經建立一個足以使該滾輪旋轉的最小傳遞扭矩值。因此，端蓋系統在大部分時間是過大的。
此外，該滾輪端蓋減小了該滾輪的利用面積，且需要一個用於其與該驅動手段連接的大空間。該等滾輪端蓋不能重複多次使用，且構成一個顯著的製造成本。
相關的使用外部端蓋的其他缺點如下：
- 由於在該爐室與該外部環境之間的該等金屬蓋的熱橋，造成能量損失。
- 不可能在高溫打開該爐室來替換一輸送機滾輪總成。
- 不可能在壓力下或一受控的大氣氣壓下設置該爐。
- 不可能將該等端蓋標準化，因為該等端蓋具有為了匹
配設置的幾何形狀而有不同設計。
本發明減少了所有上述的缺點。
各種不同種類的滾輪(實心或中空)在爐中已有使用。當滾輪受到快速溫度變化或當滾輪可能發生偏斜時，空心滾輪是較佳的。於是需要減小熱慣性及滾輪重量。因此空心滾輪的厚度做最大的減小。此外，孔的內徑永遠大於外徑的3/4。
GB-A-2,129,752揭露一使用於高溫的輸送機滾輪總成，包含一中空陶瓷捲軸，該捲軸具有一軸向中心孔及一扭矩傳遞部，該扭矩傳遞部包含兩個平行於該捲軸縱軸的長條，插入於兩個直徑地相對的圓形孔洞，該等孔洞設置在一閉合該捲軸孔的盤中。該盤係藉由強制地被插入該捲軸中的兩個彈性長條而軸向地且扭轉地鎖住於該陶瓷捲軸。該等彈性長條的目的是傳遞扭矩，但該等長條不支撐該捲軸。實際上該捲軸靠在兩個惰輪(在該捲軸的各個端部)上，且經由旋轉插銷連接到軸承。該總成的組裝也是很繁瑣。
JP-A-2012-207245揭露一中空陶瓷滾輪，由一陶瓷套筒及一藉由收縮配合連接的鋼軸所組成。為了避免該鋼軸與該陶瓷之間接觸部分的應力，該鋼軸的幾何形狀係被最佳化，特別是該軸的厚度必須很薄。問題是藉由摩擦來傳遞扭矩，但要考慮到鋼與耐火材料之間熱膨脹的巨大差異。軸表面與該滾輪的接觸為全面性的。該滾輪總成不繁瑣，但收縮配合需要與該滾輪接觸的軸表面非常精確的尺寸，這將使生產更昂貴。此外，該軸表面的計算尺寸將會根據該滾輪的性質而變化：高鋁紅柱石(mullite)的熱行為確實與熔融矽石(fused silica)的熱行為非常不同。該軸與該滾輪之間的連接係針對一個非常窄的溫度範圍進行最佳化，且通常需要冷卻。在JP-A-2012-207245中所述的該總成列舉一藉由空氣冷卻的空心滾輪，具有孔徑>外徑的3/4。必須注意的是，這種連接在室溫下不能作業，且不能重複使用，因為該總成的拆除是一問題。
本發明係一種滾輪總成，其中該扭矩傳遞支撐手段利用不同材料之滾輪，能在一大範圍的溫度內作業而無需冷卻，且可重複使用。這個扭矩傳遞支撐手段傳遞一扭矩、支撐該滾輪(不需要外部支撐手段)、及允許直接連接到軸承(或另一驅動手段)以減少用於連接所需的空間。該連接係藉由簡單地將該扭矩傳遞支撐手段推到該滾輪的一個孔內所產生。扭矩傳遞是由該連接部分的彈性機械變形所產生，且支撐是由至少一個支撐表面所產生。
在配置於一陶瓷捲軸孔中的該扭矩傳遞支撐手段與該陶瓷捲軸之間的摩擦連接，足以從一旋轉驅動手段將扭矩傳遞到該陶瓷捲軸。應該注意的是，由於該陶瓷材料的抗彎強度不佳，本領域技術人員通常不會傾向於將該扭矩傳遞支撐手段配置於該陶瓷捲軸內的一孔中。也要注意的是，在先前技術中從未證實非常低的傳遞扭矩足以驅動滾輪旋轉。
根據本發明，不再需要一端蓋，且被以如請求項11至14中所述的該扭矩傳遞支撐手段所代替。在暫時過熱的情況下；配置在該陶瓷捲軸內的該扭矩傳遞支撐手段較少遭受到溫度變化的影響，因為其相當程度地與外部環境隔絕。隨著溫度的劇烈增加，緊固力將因該扭矩傳遞支撐手段的熱膨脹而增加，且製程將繼續進行而沒有任何的擾動。
本發明的其他優點如下：
- 根據本發明之該扭矩傳遞支撐手段的製造比平常的端蓋更便宜：特別是，用於具有非常大直徑(例如LOR)的滾輪。一個外端蓋具有一個顯著的尺寸且相當昂貴；根據本發明，該扭矩傳遞支撐手段的外部尺寸顯著地減小。
- 該扭矩傳遞支撐手段係藉由該滾輪的陶瓷來隔熱，可被考慮應用於較高溫度的爐中。
- 在一非自願的高傳遞扭矩情況下，該系統將作為一熔斷器(fuse)。
- 該總成係自定中心。事實上，在該陶瓷捲軸與該扭矩傳遞支撐手段之間總是有接觸。
因為實心滾輪最適合於本發明，本發明提供一種幾乎不受溫度影響的連接。相反地，外部總成通常隨著熱度變寬鬆。
本發明提出一種如請求項1中所述輸送機滾輪總成。
該陶瓷捲軸必須具有至少15Mpa的抗彎強度，使得該捲軸可以承受該扭矩傳遞支撐手段的插入，該扭矩傳遞支撐手段的插入可以如使用槌一樣簡單地進行。容納該扭矩傳遞支撐手段之軸向中心孔徑(d)必須大於或等於10mm，但小於該滾輪外徑(D)的3/4。直徑大於D的3/4使得該滾輪的端部易碎，而最小需要10mm以引入一有效的扭矩傳遞支撐手段。較佳地，該孔徑小於或等於該外徑(D)的1/3。該軸向中心孔的深度(Dd)也是重要參數。可使用空心滾輪，但大多數時候，它們是實心
並予以鑽孔。較佳的深度是至少為該孔徑(d)的1.5倍。同樣地低於此值，該滾輪的端部更易碎且可能發生共軸性的問題。
在本發明的第一實施例中，該輸送機滾輪總成包含扭矩傳遞支撐手段，包含一本體，該本體具有一部分，從該陶瓷捲軸突出而可連接到一旋轉驅動手段，且該連接部分配置在該本體與該陶瓷捲軸之間。該本體及該連接部分是兩個不同的元件。該連接部分可以是一開放的彈性金屬公差環，該公差環具有複數個沿周向配置的波紋。該公差環設置在該本體的一槽中，以防止任何軸向位移。使用一公差環除了易於安裝之外，可調和內部和外部組件直徑的微小變化。
當該公差環不能隨意圍繞該扭矩傳遞支撐手段的本體旋轉時，甚至可觀察到該扭矩傳遞值的增加。如插銷的阻擋手段可用於阻擋該扭矩傳遞支撐手段的旋轉。
為了製造、物流、及成本原因，扭矩傳遞支撐手段3製作成單件的輸送機滾輪總成是較佳的。該連接部分包含長形孔，該等長形孔具有一平行於該扭矩傳遞支撐手段3的縱軸的長軸，該等長形孔界定長形條，該等長形條包含至少一個較厚部分。
該等長形條的較厚部分5是較佳地作徑向配置，即該等較厚部分係分佈在圓周上並以角度隔開，其中該等長形條係不同連接表面。
較佳地，該扭矩傳遞支撐手段3包含一氣體排出口，例如一孔，以允許當將該扭矩傳遞支撐手段3安裝於該陶瓷捲軸內時，空氣從該孔排出。
該等較厚部分的數量和設計取決於需要傳遞的扭矩值。
已經觀察到這些滾輪總成特別是應用於需要低扭矩傳遞的場合。當需要較高的值時，例如當需要不同的滾輪速度時，則如在EP-B1-1853866中所述的端蓋可以用在該陶瓷捲軸的一個端部上，而在第二端部上的端蓋可有利的被該扭矩傳遞支撐手段(3)取代。
該陶瓷捲軸(2)通常包含熔融矽石。
本發明也有關於一種扭矩傳遞支撐手段(3)，大致為圓柱形且具有一縱軸，該扭矩傳遞支撐手段(3)用於該滾輪且包含一本體以及一支撐部分及一連接部分，該支撐部分包含至少一個圓柱形支撐表面，該連接部分包含至少兩個不同的連接表面，其中該連接部分包含長形孔，該等長形孔具有一平行於該扭矩傳遞支撐手段(3)縱軸的長軸，該等長形孔界定多個長形條，該等長形條包含至少一個較厚部分。該連接部分可機械地和彈性地被變形。
較佳地，該連接部分係配置在兩個圓柱形支撐表面之間。然後，將該等圓柱形表面的支撐功能最佳化。
上述扭矩傳遞支撐手段(3)是一個較佳的實施例，其中藉由一環，該支撐部分與一可連接到一驅動
手段的部分分隔，該圈環具有一大於該支撐部分外徑的直徑。當將該扭矩傳遞支撐手段(3)插入該陶瓷捲軸內時，該環(9)的抵接面(4)提供一簡單的定位。該連接部分係可機械地和彈性地被變形以提供與該陶瓷捲軸的摩擦連接。
本發明也涉及一種用於製作一輸送機滾輪總成的方法，包含步驟- 提供一陶瓷捲軸，具有至少15MPa的抗彎強度和一外徑D，及該陶瓷捲軸的至少一個端部具有一軸向中心孔，其直徑10mm<d<¾D，且其深度Dd>1.5d，- 提供扭矩傳遞支撐手段(3)，具有一縱軸，該扭矩傳遞支撐手段(3)包含：b1. 一支撐部分，包含至少一個圓柱形支撐表面；及b2. 一連接部分，包含至少兩個不同的連接表面，- 將所提供的該扭矩傳遞支撐手段(3)插入該陶瓷孔捲軸(2)的至少該孔中；然後該等連接表面將該扭矩傳遞支撐手段(3)摩擦地連接到該陶瓷捲軸(2)，以使該連接部分機械地和彈性地變形，且以使該扭矩傳遞支撐手段(3)摩擦地連接到該陶瓷捲軸(2)。
1‧‧‧陶瓷捲軸及扭矩傳遞支撐手段3之總成
2‧‧‧陶瓷捲軸
3‧‧‧扭矩傳遞支撐手段
4‧‧‧環9的抵接面
5‧‧‧較厚部分
6‧‧‧扭矩傳遞支撐手段3的本體
7‧‧‧公差環
8‧‧‧插銷
9‧‧‧環
D‧‧‧陶瓷捲軸2的外徑
d‧‧‧陶瓷捲軸2的軸向中心孔徑
Dd‧‧‧陶瓷捲軸2的軸向中心孔的深度
由閱讀以下僅以作為範例的方式並參照圖式進行的說明，本發明將會被更好地理解，其中：-第1圖係根據本發明一個實施例之輸送機滾輪總成的立體圖，
-第2圖係根據本發明另一實施例之輸送機滾輪總成的立體圖，-第3圖係根據一個較佳實施例之第2圖的扭矩傳遞支撐手段(3)的立體圖。
第1圖描繪陶瓷捲軸2及扭矩傳遞支撐手段的總成，該扭矩傳遞支撐手段包含：本體6，具有可連接到旋轉驅動手段的部件；及諸如公差環7的連接部分，該公差環係配置在該本體與該陶瓷之間。阻擋手段8阻擋該公差環7的可能的旋轉。
第2圖描繪該陶瓷捲軸2的幾何特徵。D係該陶瓷捲軸2的外徑；d表示該陶瓷捲軸2的軸向中心孔的直徑。Dd表示該陶瓷捲軸2的軸向中心孔的深度。
第3圖描繪根據較佳實施例的扭矩傳遞支撐手段3。該扭矩傳遞支撐手段製作成單件且係具有大致圓柱形形狀，其具有一縱軸。該扭矩傳遞支撐手段3包含：a)一支撐部分，包括兩個圓柱形支撐表面；以及b)一連接部分，包含至少兩個不同的連接表面，該連接部分包含多個長形孔，該等長形孔具有一平行於該扭矩傳遞支撐手段3的縱軸的長軸，該等長形孔界定多個長形條，該等長形條包含至少一個較厚部分5。
在第1圖中描述輸送機滾輪總成的一個實施例。
在第2圖中描述輸送機滾輪總成的一個較佳實施例。
然後在第3圖中描述扭矩傳遞支撐手段的一個較佳實施例。
使用根據本發明的扭矩傳遞支撐手段3進行扭矩測試，可以傳遞高達18N.m的扭矩。
即使加熱到300℃後，該扭矩傳遞支撐手段3仍然能傳遞超過15N.m的扭矩。
1‧‧‧陶瓷捲軸及扭矩傳遞支撐手段3之總成
2‧‧‧陶瓷捲軸
6‧‧‧扭矩傳遞支撐手段3的本體
7‧‧‧公差環
8‧‧‧插銷
Claims (15)
- 一種用於在高溫使用的輸送機滾輪總成(1)，包含：a)一陶瓷捲軸(2)，具有至少15MPa的抗彎強度和一外徑D；及b)扭矩傳遞支撐手段(3)，具有大致為圓柱形形狀且具有一縱軸，該扭矩傳遞支撐手段(3)包含：一本體；及b1. 一支撐部分，包含至少一個圓柱形支撐表面；以及b2. 一連接部分，其可機械地和彈性地被變形，該連接部分包含至少兩個不同的連接表面，將該扭矩傳遞支撐手段(3)摩擦地連接到該陶瓷捲軸(2)，其特徵在於該陶瓷捲軸的至少一個端部具有一軸向中心孔，其直徑為10mmd3/4D，較佳地1/3D，且其深度Dd1.5d，及該扭矩傳遞支撐手段(3)係被設置於該陶瓷捲軸(2)的至少該孔中。
- 如請求項1之輸送機滾輪總成(1)，其中該陶瓷捲軸的第二端部具有一端蓋。
- 如請求項1或2之輸送機滾輪總成(1)，其中該陶瓷捲軸包含熔融矽石。
- 如請求項1至3任一項之輸送機滾輪總成(1)，其中該連接部分配置在兩個圓柱形支撐表面之間。
- 如請求項1至4任一項之輸送機滾輪總成(1)，其中該本體(6)具有一從該陶瓷捲軸突出的部件，該部件可連接到旋轉驅動手段，且其中該連接部分配置在該本體與該陶瓷捲軸之間。
- 如請求項5之輸送機滾輪總成(1)，其中該本體(6)及該連接部分形成至少兩個不同的元件。
- 如請求項6之輸送機滾輪總成(1)，其中該本體(6)包含一槽，適用於容納至少一開放的彈性金屬公差環(7)，該公差環具有複數個沿周向配置的波紋。
- 如請求項1至4任一項之輸送機滾輪總成(1)，其中該連接部分包含多個長形孔，該等長形孔具有一長軸，該長軸平行於該扭矩傳遞支撐手段(3)的縱軸，該等長形孔界定多個長形條，該等長形條包含至少一較厚部分。
- 如請求項8之輸送機滾輪總成(1)，其中該等長形條的較厚部分(5)係徑向地配置。
- 如請求項8或9之輸送機滾輪總成(1)，其中藉由一環(9)，該本體的支撐部分係與一可連接到驅動手段的部分分隔，該環(9)具有一大於該支撐部分外徑的直徑。
- 一種扭矩傳遞支撐手段(3)，具有大致為圓柱形形狀且具有一縱軸，用於在一陶瓷捲軸中使用，該扭矩傳遞支撐手段(3)包含：一本體；及a)一支撐部分，包含至少一個圓柱形支撐表面；以及b)一連接部分，包含至少兩個不同的連接表面， 其中該連接部分包含多個長形孔，該等長形孔具有一長軸，該長軸平行於該扭矩傳遞支撐手段(3)縱軸，該等長形孔界定多個長形條，該等長形條包含至少一較厚部分(5)，及其中該連接部分可機械地和彈性地被變形。
- 如請求項11之扭矩傳遞支撐手段(3)，其中該連接部分配置在兩個圓柱形支撐表面之間。
- 如請求項11之扭矩傳遞支撐手段(3)，其中該等較厚部分(5)係徑向地配置。
- 如請求項11之扭矩傳遞支撐手段，其中藉由一環(9)，該支撐部分係與一可連接到驅動手段的部分分隔，該環(9)具有一大於該支撐部分外徑的直徑。
- 一種用於製作如請求項1至10任一項之輸送機滾輪總成的方法，包含下列步驟：1)提供一陶瓷捲軸(2)，具有至少15MPa的抗彎強度和一外徑D，及該陶瓷捲軸(2)的至少一個端部具有一軸向中心孔，其直徑10mmd3/4D，較佳地1/3D，且其深度Dd1.5d；2)提供扭矩傳遞支撐手段(3)，具有一縱軸，該扭矩傳遞支撐手段(3)包含；b1. 一支撐部分，包含至少一個圓柱形支撐表面；及b2. 一連接部分，包含至少兩個不同的連接表面；3)將所提供的該扭矩傳遞支撐手段(3)插入該陶瓷捲軸(2)的至少該孔中， 以使該連接部分機械地和彈性地變形，且以使該扭矩傳遞支撐手段(3)摩擦地連接到該陶瓷捲軸(2)。
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