KR102329154B1 - 컨베이어 롤 조립체, 그의 용도 및 컨베이어 롤을 위한 단부 캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기에 적합한 컨베이어 롤 조립체 및 일체형 단부 캡에 관한 것이다. 일체형 단부 캡은 세라믹 스풀 상에의 단부 캡의 조립 중의 단부 캡 변형으로 인한 그의 탄성 덕분에 세라믹 스풀로의 효율적인 토크 전달을 보장한다.

Description

컨베이어 롤 조립체, 그의 용도 및 컨베이어 롤을 위한 단부 캡

본 발명은 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기에 적합한 컨베이어 롤 조립체(conveyor roll assembly), 그러한 조립체의 용도, 및 그러한 조립체에 사용될 수 있는 개선된 단부 캡(end cap)에 관한 것이다.

현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기에 적합한 컨베이어 롤 조립체는 금속 단부 캡을 갖는 세라믹 스풀(ceramic spool)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 세라믹 스풀은 용융 실리카(fused silica)를 포함한다. 단부 캡은 베어링(bearing) 또는 구동 휠(drive wheel)에 대한 용이한 장착을 허용한다. 예를 들어, 유리 템퍼링(glass tempering) 응용에서, 일련의 세라믹 스풀이 유리 시트(glass sheet)를 지지하고, 그에 따라 단부 캡은 구동 메커니즘에 대한 기계적 결합을 허용한다. 단부 캡은 스풀에 견고하게 부착되어 스풀이 원하는 속도로 회전하는 것을 허용하여야 한다.

세라믹 스풀과 금속 단부 캡의 상이한 열 팽창이 단부 캡을 스풀에 견고하게 체결하는 것을 어렵게 하고, 가열될 때 또는 냉각 시에 파손 또는 편심 회전을 생성할 수 있다. 편심 회전은 일반적으로 바람직하지 않은데, 왜냐하면 이것이 유리 시트에 대한 불균일한 지지 표면 또는 속도 변동을 생성하여 스크래치(scratch)로 이어지기 때문이다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 다양한 방법이 제안되었다. 미국 특허 제3,867,748호는 접착제를 사용하여 단부 캡을 스풀에 체결하는 것을 교시한다. 미국 특허 제4,242,782호는 고무 O-링(O-ring)을 사용하여 단부 캡을 체결하는 것을 제안한다. 접착제 및 O-링은 상승된 온도에서 유연해지고 유지력을 상실하여 스풀의 편심 회전 및 단부 캡과 스풀 사이의 미끄러짐을 초래할 수 있다. 우발적으로 접착제 및 O-링에 그러한 상승된 온도가 가해지면, 접착제 및 O-링은 분명히 그들의 유지력을 상실하여, 온도가 그의 정상 값으로 복귀할 때에도, 미끄러짐이 여전히 관찰된다. 이러한 이유로, 접착제 또는 O-링을 사용하는 스풀에 대한 단부 캡의 체결은 저온(250℃ 미만)에서의 응용으로 제한된다.

금속 커넥터가 또한 단부 캡을 스풀에 고정시키기 위해 사용되었다. 미국 특허 제5,316,129호 또는 미국 특허 제4,404,011호는 스풀과 단부 캡 사이에 나선형으로 권취된 코일(helically wound coil)의 사용을 기술한다. 코일은 서로 다른 열 팽창 계수에도 불구하고 단부 캡과 스풀 사이의 연속적인 접촉을 허용하는 구부러진 부분 및 직선형 부분을 포함한다. 이러한 문헌의 평면형 스프링 코일(flat sided spring coil)은 비교적 얇은 일련의 비교적 긴 부분으로 구성된다. 이러한 상태에서, 코일 요소의 상당한 가요성이 관찰된다. 결과적으로, 단부 캡을 스풀에 고정시키기에 충분한 토크(torque)를 얻기 위해, 코일에 매우 큰 예비-응력을 가하는 것이 필요하다. 온도가 우발적으로 증가하면(일시적 과열), 토크 및 결과적인 스풀에 대한 단부 캡의 체결이 상실된다. 또한, 시스템이 냉각될 때, 토크는 회복되지 않는다. 미국 특허 제5,906,567호 및 제5,370,596호는 단부 캡을 스풀에 고정시키기 위한 곡선형 이종금속 심(bimetallic shim)을 기술한다. 이종금속 심의 곡률은 온도에 따라 변화하여, 스풀과 단부 캡 사이의 견고한 부착을 유지시킨다. 그러나, 코일 스프링 또는 이종금속 시스템의 조립 및 수리가 어려울 수 있다. 또한, 그러한 금속 커넥터는 특정 온도 범위(일반적으로 400℃ 이상)에 특히 적합하다. 이러한 범위 밖에서, 편심 회전이 관찰될 수 있다.

종래 기술의 컨베이어 롤에 있어서 흔히 관찰되는 다른 문제는 재밍(jamming)의 문제이다. 예를 들어, 운반되는 물품이 차단되는 경우 또는 기계적 시징(seizing)의 경우, 구동 메커니즘은 계속 작동할 것이고 단부 캡에 비틀림 모멘트를 전달할 것이다. 이러한 상태에서, 세라믹 스풀 또는 체결 수단 중 어느 하나가 파손될 것이다.

유럽 특허 EP-B1-1853866호는 이들 문제를, 넓은 적용 온도 범위 내에서 단부 캡을 세라믹 스풀에 고정식으로 그리고 중심에 고정시키는, 단부 캡과 세라믹 스풀의 단부 사이에 개재되는 공차 링(tolerance ring)을 가진 단부 캡을 포함하는 컨베이어 롤 조립체를 제공함으로써 해결한다. 전달되는 토크 값이 시간 경과에 따라 고온에서 감소할 수 있기 때문에, 이들 단부 캡은 최대 수백 N.m.의 전달 토크 범위(transmission torque range)를 제공하고 일시적 과열에 저항한다. 그러나, 이들 단부 캡 시스템은 대부분의 경우 너무 크다.

공차 링을 포함하는 단부 캡의 다른 단점은 그들이 적어도 2개의 별개의 부품으로 제조되어 조립 단계를 필요로 하고 단부 캡의 크기 및 설계로 인해 비교적 고가라는 것이다.

독일 특허 DE-A1-10,2011,084,218호는 세라믹 롤러 몸체(ceramic roller body)를 갖는 캐리어 롤(carrier roll)을 위한 단부 캡을 개시한다. 단부 캡은 회전가능한 지지를 위한 샤프트 단부(shaft end) 및 롤 몸체를 위한 리셉터클(receptacle)을 포함한다. 리셉터클은 구멍에 의해 분리되는 적어도 2개의 세그먼트(segment)에 의해 형성되고, 연결 플레이트(connection plate)와 일체형이다. 이러한 세그먼트는 조절가능한 작동 요소와 협동하는 원추형 접촉 표면을 갖고, 작동 요소가 역시 원추형 접촉 표면을 갖는다. 이러한 세그먼트는, 롤러 몸체 리세스(recess) 내에 끼워맞춰지고 롤 몸체와 단부 캡 사이의 상대 회전을 차단하는 내향으로 돌출되는 연장부를 갖는다. 토크는 단부 캡을 스풀에 결속시키는(tight) 원추 링을 사용함으로써 전달된다. 토크 전달은 마찰에 의해서가 아니라 접촉 압력에 의해 이루어진다. 이러한 단부 캡의 단점은 하기와 같다: 단부 캡은 적어도 3개의 피스(piece)(단부 캡, 너트(nut), 원추 링)로 제조되고, 특정 결속이 양 단부에서 각각의 롤에 대해 이루어져야 한다. 또한, 양호한 결속을 보장하기 위해 단부 캡의 두께가 중요하다. 그러면, 단부 캡은 오븐(oven)의 벽 외부에서 설치되어야 하므로, 스풀의 더 긴 총 길이로 이어진다.

영국 특허 GB-A-2,051,034호는 무한 벨트(endless belt) 상에 놓임으로써 회전되는 스풀과 탄성 슬리브(resilient sleeve)의 조립체를 기술한다. 슬리브의 전체 표면이 토크를 전달하기 위해 사용되는 한편, 핀(pin)이 스풀의 측방향 이동을 방지하기 위해 요구된다. 스풀의 길이는 슬리브가 노 벽(furnace wall) 외부에 위치되어야 하기 때문에 노 벽을 가로지르도록 더 길어야 한다. 슬리브의 탄성은 실제로 현저한 온도 변동을 견디기에 충분하지 않다. 설치가 또한 번거롭다.

언급된 문제를 해결하는 신규한 단부 캡이 개발되었고, 유럽 특허 EP-B1-1853866호 및 독일 특허 DE-A1-10,2011,084,218호에 기술된 단부 캡보다 조립하기에 더 간단하고 덜 고가인 이점을 갖는다. 이러한 신규한 단부 캡은 실제로 세라믹 스풀 상에의 단부 캡의 조립 중의 단부 캡 변형으로 인한 그의 탄성 덕분에 회전 구동 수단으로부터 세라믹 스풀로의 효율적인 토크 전달을 보장한다. 실제로, 최소한의 전달 토크 값이 응용을 위해 롤을 회전시키기에 충분하며 본 발명에 따른 조립체가 그것을 제공할 수 있음이 본 발명자에 의해 입증되었다.

단부 캡의 대칭성 덕분에, 세라믹 스풀과의 단부 캡의 접촉은 더 높은 온도에서도 균일하게 분포된다. 세라믹 스풀은 단부 캡과 완벽하게 동축으로 유지된다.

이러한 신규한 단부 캡의 다른 이점은 그의 얇은 두께이다. 단지 1 내지 5 mm의 두께가 사용될 수 있다. 그러면, 단부 캡은 오븐의 벽 내에서 설치될 수 있으므로, 세라믹 스풀의 더 짧은 요구되는 길이로 이어진다.

본 발명은 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기에 적합한 컨베이어 롤(1) 조립체에 관한 것으로서,

a) 종축을 갖는 세라믹 스풀(2); b) 적어도 세라믹 스풀의 일 단부에서, 회전 수단에 연결가능한 제1 단부(4) 및 제2 단부를 포함하는 금속 단부 캡(3)을 포함하고,

제2 단부는 2개의 단부를 갖는 일체형 몸체, 세라믹 스풀의 단부 위에 끼워맞춰지도록 구성되는 내경(D), 및 L > 0.3D 또는 바람직하게는 > 0.5D인 길이(L)를 포함하고,

상기 일체형 몸체는 일체형 몸체의 종축을 따라 적어도 3개의 연속되는 부분을 포함하고, 일체형 몸체의 2개의 단부 부분은 실질적으로 연속적인 표면 및 이들 부분들 사이의 하나의 토크 전달 부분(torque transmission portion)을 포함하고,

상기 토크 전달 부분은 몸체의 종축의 방향으로 길이 Lb < L인 복수의 개구(6)를 포함하고, 토크를 스풀에 전달하도록 기계적으로 그리고 탄성적으로 변형되고 내향으로 연장되는 복수의 스트립(strip)(7)을 개구들 사이에 한정한다.

개구는 토크를 스풀에 전달하도록 탄성적으로 변형가능한 부분을 얻기 위해 요구된다. 종방향 개구가 바람직하다.

단부 캡의 제2 단부의 길이(L)는 적어도 > 0.3D, 바람직하게는 적어도 > 0.5D이고; D는 세라믹 스풀을 수용하는 금속 단부 캡의 단부에서 측정되는 내경이다. 단부 캡은 실제로 일시적 과열 중에도 스풀을 정확하게 안내하여야 하고, 스풀을 단부 캡과 동축으로 유지시켜야 한다. 너무 짧은 길이가 또한 단부 캡에 대해 예상되는 탄성 거동을 감소시킨다.

개구는 상이한 형상을 가질 수 있으며, 그 중에서 장방형(oblong) 형상이 이러한 형상이 제조되기에 용이하기 때문에 바람직하다. 생성되는 스트립은 직사각형 형상을 갖고, 이는 단부 캡의 크기설정을 용이하게 한다. 각각의 상이한 세라믹 스풀에 대해, 단부 캡에서 발생하는 응력 및 변형의 계산이 실제로 개구의 크기를 결정하기 위해 수행된다. 개구는 바람직하게는 동일한 길이를 갖고, 세라믹 스풀의 종축에 평행하다. 개구는 또한 바람직하게는 단부 캡의 제2 단부의 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 분포된다. 스트립의 특징부와의 이들 특징부의 조합은 세라믹 스풀 상에의 단부 캡의 조립 중의 그리고 온도 변동 중의 변형으로 인한 응력의 분포를 최적화시킨다.

스트립의 형상은 개구의 형상에 의해 한정된다.

스트립은 세라믹 스풀의 방향으로 내향으로 연장된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 스트립이 더 두꺼운 부분을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 모든 스트립이 전달되는 토크 값을 증가시키도록 더 두꺼운 부분을 갖는다. 이에 의해, 단부 캡의 내경은 국소 영역 상에서 감소되어, 스트립을 인장시키고 세라믹 스풀과의 접촉을 향상시킨다. 더 두꺼운 부분은 바람직하게는 스트립의 중간에 위치된다. 캡의 크기설정은 전술된 바와 같이 더 용이해진다. 또한, 변형에 대한 응력의 비가 최적화된다. 온도의 증가에 의해, 단부 캡은 열 팽창되는 한편, 세라믹 스풀의 치수는 유의하게 변화하지 않는다. 이에 의해, 단부 캡의 체결력이 감소하고, 스풀이 단부 캡 내에서 미끄러지기 시작한다. 온도가 다시 정상으로 복귀할 때, 단부 캡이 그의 "정상" 치수로 복귀하고, 유지력이 편심 회전을 초래함이 없이 완전히 회복된다.

본 발명에 따른 컨베이어 롤은 포일(foil) 또는 시트의 또는 그 상에 적용되는 코팅의 임의의 종류의 열 처리를 위해 물품, 포일 또는 시트(예를 들어, 유리 또는 금속의)를 운반하도록 사용될 수 있다. 이러한 컨베이어 롤은 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 평저 물품(flat bottom article)을 운반하는 데 특히 적합하다.

세라믹 스풀(2)은 일반적으로 고온 응용에 적합한 재료, 바람직하게는 용융 실리카, 멀라이트(mullite) 또는 실리마나이트(sillimanite)를 포함한다.

본 발명은 또한 종축을 갖는, 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서의 컨베이어 롤 조립체에 사용하기 위한 일체형 금속 단부 캡에 관한 것으로서, 회전 수단에 연결가능한 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고,

제2 단부는 2개의 단부를 갖는 일체형 몸체, 세라믹 스풀의 단부 위에 끼워맞춰지도록 구성되는 내경(D), 및 L > 0.3D 또는 바람직하게는 > 0.5D인 길이(L)를 포함하고, 상기 일체형 몸체는 일체형 몸체의 종축을 따라 적어도 3개의 연속되는 부분을 포함하고, 일체형 몸체의 2개의 단부 부분은 실질적으로 연속적인 표면 및 이들 부분들 사이의 하나의 토크 전달 부분을 포함하고, 상기 토크 전달 부분은 종축의 방향으로 길이 Lb < L인 복수의 개구를 포함하고, 토크를 스풀에 전달하도록 기계적으로 그리고 탄성적으로 변형가능하고 내향으로 연장되는 복수의 스트립을 개구들 사이에 한정한다.

단부 캡의 제1 단부는 예를 들어 벨트 또는 기어 휠(gear wheel)에 의해 구동 시스템에 연결된다. 개구는 통상적인 기계가공 수단 또는 레이저(laser)에 의해 제조된다. 개구로부터 생성되는 스트립은 더 두꺼운 부분을 갖고, 이는 역시 통상적인 기계가공 수단에 의해 제조된다. 더 두꺼운 부분은 내향으로 연장되고, 바람직하게는 2개의 경사진 표면들 사이의 융기된 표면의 형상을 갖는다.

금속 단부 캡은 유럽 특허 EP-B1-1853866호의 단부 캡보다 가볍고, 스트립 기계가공 단계가 요구되더라도 더 저렴하다.

본 발명은 단지 예로서 주어지고 도면을 참조하는 하기의 설명을 읽음으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.

- 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨베이어 롤의 조립체의 사시도.
- 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립체의 단부 캡의 사시도.
- 도 3은 도 2의 단부 캡의 단면도.

도 1은 세라믹 스풀(2) 및 2개의 금속 단부 캡(3)을 포함하는 컨베이어 롤의 본 발명에 따른 조립체(1)를 도시한다. 길이(L)는 도 2에 도시된 바와 같은 단부 캡의 제2 단부(5)의 길이를 나타낸다. 도 3은 단부 캡의 내부 도면을 도시한다. 더 두꺼운 부분(8)은 융기된 플로어(floor)로 이어지는 2개의 슬로프(slope)를 가진 부분이다.

1. 컨베이어 롤 조립체
2. 세라믹 스풀
3. 금속 단부 캡
4. 금속 단부 캡의 제1 단부
5. 금속 단부 캡의 제2 단부
6. 종방향 개구
7. 스트립
8. 스트립의 더 두꺼운 부분

Claims (15)

1. 종축을 갖는, 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기 위한 컨베이어 롤 조립체(conveyor roll assembly)에 사용하기 위한 일체형 금속 단부 캡(integral metal end cap)(3)으로서,
   회전 수단에 연결가능한 제1 단부(4) 및 제2 단부(5)를 포함하고,
   제2 단부(5)는 2개의 단부를 갖는 일체형 몸체, 세라믹 스풀(ceramic spool)의 단부 위에 끼워맞춰지도록 구성되는 내경(D), 및 L > 0.3D인 길이(L)를 포함하고, 상기 일체형 몸체는 일체형 몸체의 종축을 따라 적어도 3개의 연속되는 부분을 포함하고, 일체형 몸체의 2개의 단부 부분은 연속적인 표면 및 이들 부분들 사이의 하나의 토크 전달 부분(torque transmission portion)을 포함하고, 상기 토크 전달 부분은 종축의 방향으로 길이 Lb < L인 복수의 개구(6)를 포함하며, 토크를 스풀에 전달하도록 세라믹 스풀 상에의 단부 캡의 조립 중에 그리고 온도 변동 중에 기계적으로 그리고 탄성적으로 변형가능하고 내향으로 연장되는 복수의 스트립(strip)(7)을 개구들 사이에 한정하고, 상기 스트립은 나사형 구멍을 갖지 않는 것인 일체형 금속 단부 캡(3).
2. 제1항에 있어서, 상기 개구는 장방형(oblong)인 것인 일체형 금속 단부 캡.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개구는 종방향이고, 동일한 길이를 갖고, 세라믹 스풀의 종축에 평행한 것인 일체형 금속 단부 캡.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개구는 롤 상에 균일하게 분포되는 것인 일체형 금속 단부 캡.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내향으로 연장되는 스트립은 더 두꺼운 부분(8)을 포함하는 것인 일체형 금속 단부 캡.
6. 제5항에 있어서, 상기 스트립의 더 두꺼운 부분은 스트립의 중간에 있는 것인 일체형 금속 단부 캡.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 일체형 몸체는 1 내지 5 mm의 두께를 갖는 것인 일체형 금속 단부 캡.
8. 현저한 온도 변동이 가해지는 환경에서 사용하기에 적합한 컨베이어 롤(1) 조립체로서,
   a) 종축을 갖는 세라믹 스풀(2);
   b) 적어도 세라믹 스풀의 일 단부에서, 제1항 또는 제2항에 따른 금속 단부 캡(3)을 포함하는 컨베이어 롤(1) 조립체.
9. 제8항에 있어서, 상기 세라믹 스풀(2)은 용융 실리카(fused silica), 멀라이트(mullite) 또는 실리마나이트(sillimanite)를 포함하는 것인 컨베이어 롤(1) 조립체.
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