4.3.3 Enkelvoudige rolopleggingen

Beschrijving onderdelen

Een enkelvoudige roloplegging (single roller bearing) bestaat uit een rol, een rolplaat boven en een rolplaat onder. Daarnaast wordt een gelijkloopinrichting en meestal een geleiding toegepast.

Werking

De roloplegging draagt de verticale belasting over door middel van een lijncontact tussen de bovenrolplaat en de rol en de rol met de onderrolplaat. Rolopleggingen kunnen relatief grote verticale krachten overbrengen. Bij het verplaatsen van de bovenplaat in x-richting (langrichting van het kunstwerk) zal de rol steeds in die richting een middenpositie tussen de rolplaten innemen. De weerstandskracht die bij bewegen optreedt heet de “rollende wrijving”. De rollende wrijving is afhankelijk van de hardheid van de rol en de rolplaten en kan ongeveer 0,05 zijn, mogelijk nog wat lager. Krachten in langsrichting van de rol, y-richting (dwarsrichting van het kunstwerk) zouden in theorie door de wrijving tussen rol en rolplaten kunnen worden overgebracht, maar wanneer de rol beweegt in x-richting zal door het steeds opnieuw loskomen en contact maken de rol in dwarsrichting gaan driften. Om dit te voorkomen is een geleiding nodig. Meestal is dit een groef in de rol en een geleiding aan de rolplaten of omgekeerd. Tijdens de rolbeweging treden weerstandskrachten op, de “rollende wrijving”. Deze zal door verschillende invloeden niet overal exact gelijk zijn. Om de rol een rechte baan af te laten leggen is dus ook een geljkloopinrichting nodig. Deze kan in zijn eenvoudigste vorm bestaan uit strippen aan het roleinde met uitkragende neuzen die in een uitsparingen in de rolplaten vallen, of bij grotere bewegingen tandwielen in tandbanen. De stripvormige en tandwielgelijkloop kan geen krachten in y-richting opnemen. Aan het eind van de onderrolplaat bevindt zich in meestal een endstop.

Figuur 4.3.3.a Enkelvoudige rolopleggingen met centrale geleiding en een eenvoudige gelijkloop
Figuur 4.3.3.b Enkelvoudige roloplegging met centrale geleiding en tandbaan voor gelijkloop

De enkelvoudige rolopleggingen zoals weergegeven in figuur 4.3.3.a en figuur 4.3.3.b kunnen ook een kleine rotatie om de rolas (y-richting) opnemen van 0,05 rad. Bij deze oplegging is de rolas het draaipunt van de oplegging. Deze is zeer beperkt omdat bij een te grote hoekverdraaiing een spatkracht de rol wil wegduwen.

Rolopleggingen zijn zeer stijf in het verticale vlak door de massieve rolas, hetgeen een grote stijfheid van de hoofdconstructie in dwarsrichting (om de x-as) vereist. Bewegingen om de verticale (z) as, dus een wringbelasting, zijn een bedreiging voor alle onderdelen van de roloplegging.

Oudere rolopleggingen zijn vaak van constructiestaal of smeedstaal, de jongere kunnen ook uit gietstaal zijn.

Bij het zoeken naar rolopleggingen die steeds grotere krachten moesten opnemen zijn rond 1960 de rollen van “Panzerstahl” ontwikkeld. Deze konden zeer hoge belastingen overdragen, maar bleken na enige jaren erg gevoelig voor brosse breuk en moesten alle reeds op korte termijn worden vervangen.

De gevoeligheid voor corrosie, vervuiling en slijtage maakt dat nieuwe rolopleggingen nog slechts zelden worden toegepast. Dit is hooguit het geval om architectonische redenen bij renovatie van historische kunstwerken.

Ontwerp

De verticale krachtafdracht vindt plaats d.m.v. contactspanningen in een lijnvormig contactvlak, zoals beschreven door Hertz. Hoe groter de roldiameter des te meer draagvermogen. Door de grote contactspanningen zijn minimale randafstanden nodig bij de boven- en onderplaat ten opzichte van het eind van de rol en tot de rand van de boven- en onderplaat in uiterste posities.

Eenzelfde randafstand moet worden aangehouden bij afgeplatte rollen.

Er mag geen gedeeltelijke “uplift” plaatsvinden tussen rol en zijn omgeving, dus de resultante van verticale belastingen met excentriciteitsmomenten in lengterichting van de rol moet binnen de “kern” blijven. In de norm wordt aangehouden dat onafhankelijk van de ontwerpbelastingen minimaal een excentriciteit van minimaal 0,1 x de rollengte moet worden genomen.

In het verticale vlak loodrecht op de rol-as functioneert de roloplegging als een inklemming. Daardoor kan de roloplegging alleen worden toegepast bij constructies die in dit vlak (meestal ook dat van een einddwarsdrager) zeer stijf zijn. Door hun stijfheid zijn rolopleggingen gevoelig voor de gevolgen van zettingen.

Alhoewel in theorie niet aanwezig, moet de dwarsgeleiding altijd op een kracht in de y-richting worden ontworpen. De gelijkloopinrichting moet worden ontworpen voor een ongelijkmatig verdeelde coëfficiënt van rollende wrijving.

Samenvatting relevante ontwerpaspecten:

  • Rollende wrijving afhankelijk van hardheid materiaal
  • Berekening draagkracht lijncontact (Hertz)
  • Excentriciteiten in rolrichting
  • Excentriciteit t.o.v. het middelpunt van de rol in de richting van de rolas
  • Randafstanden rolplaten en begrenzing rolvlak met afplatting
  • Rolgeleiding
  • Gelijkloopinrichting

Fabricage

Bij de fabricage gelden nauwe toleranties, zoals bij machineonderdelen.

Montage

Bij de montage moeten alle toleranties streng in acht worden genomen en onder geen beding mogen de rol en de rolplaten ten opzichte van elkaar loskomen.