Die Erfindung betrifft eine Durchbiegungseinstellwalze
mit einem um einen drehfesten Träger rotierbaren, gegen
den Träger mit wengistens einer, in einer Preßebene
eine Preßkraft ausübenden Stützeinrichtung abgestützten
Walzenmantel, wobei etwa an den Enden des
Walzenmantels Einrichtungen zur Erzeugung eines
Drehmomentes mit einer Achse senkrecht zur Preßebene
vorgesehen sind.
Durchbiegungseinstellwalzen sind beispielsweise aus den
US 38 02 044 oder US 38 85 283 bekannt. Bei diesen
Walzen ist der Walzenmantel mittels einer Reihe von
hydrostatischen Stützelementen gegenüber dem drehfesten
Träger abgestützt. Es ist jedoch auch bekannt, den
Walzenmantel mit einem oder mehreren andersartigen
Stützeinrichtungen wie hydrodynamischen, magnetischen
oder anderen Stützelementen oder mit einem oder
mehreren Druckräumen über seine Länge gegenüber dem
Träger abzustützen. Dabei kann es sich sowohl um Walzen
handeln, bei welchen die Enden des Walzenmantels zum
Beispiel mit Pendellagern auf dem Träger gelagert sind,
oder aber um solche Walzen, bei denen auch die Enden
des Walzenmantels zumindest in Preßrichtung frei
beweglich oder mittels einer Führungsvorrichtung
geführt sind.
Es hat sich bei solchen Walzen als vorteilhaft
erwiesen, zusätzlich zu der Preßwirkung der Stützelemente
an den Enden des Walzenmantels Einrichtungen
vorzusehen, welche gezielt an den Walzenmantelenden ein
Kraft- oder Drehmoment mit einer Achse senkrecht zur
Preßebene zu erzeugen vermögen. Die Aufbringung eines
solchen Drehmomentes auf den Walzenmantel über die
Trägerenden ist jedoch bei vorbekannten Walzen mit
störenden Nachteilen verbunden.
Aus der DE 23 25 721 ist es z. B. bekannt, an den Enden
des Walzenmantels zu den radial wirkenden Stützelementen
axial versetzte, ebenfalls radial, jedoch in
Gegenrichtung wirkende Stützelemente vorzusehen. Bei
gleichzeitigem Betrieb der Gegenstützelemente und der
benachbarten Stützelemente wird hierdurch gezielt an
den Enden des Walzenmantels das gewünschte Drehmoment
erzeugt. Nachteilig ist hierbei, daß durch die von den
Gegenstützelementen und den Stützelementen auf den
Walzenmantel ausgeübten Preßkräfte der Walzenmantel in
schwer beherrschbarer Weise deformiert und an den
verschiedenen Einwirkungsstellen undefiniert ovalisiert
wird. Außerdem ist das damit erzeugbare Kraft- oder
Drehmoment in seiner Größe begrenzt.
Aus US 47 57 585 oder aus EP 241 442 sind ebenfalls
Durchbiegungseinstellwalzen bekannt, bei denen die am
Walzenmantelende radial in Gegenrichtung wirkenden
Stützelemente nicht direkt auf den Walzenmantel
einwirken sondern auf die zylindrische Innenfläche
einer in die Enden des Walzenmantels eingeschobenen
Hülse. Nachteilig ist hierbei die komplizierte
Konstruktion, sowie der für die Hülse erforderliche
Platzbedarf, welcher eine Schwächung des Trägers am
Walzenmantelende erfordert.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, unter Vermeidung
der vorstehend angeführten Nachteile des Standes der
Technik eine Durchbiegungseinstellwalze der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei welcher an den Walzenmantelenden
ein größeres Drehmoment auf konstruktiv
einfachere Weise und unter Vermeidung einer Deformation
des Walzenmantels eingebracht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Einrichtungen zur Erzeugung eines Drehmomentes
wenigstens ein etwa angenähert parallel zur
Achsenrichtung des Trägers in Abstand zur Trägerachse
wirkendes Kraftelement aufweist.
Dadurch, daß die Kraftelemente axial, anstatt radial
wirken, wird eine Walzenmanteldeformation, d. h. eine
Abweichung von der Rundform vermieden, so daß keine
Ungleichförmigkeit der Linienkraft im Spalt entsteht,
ohne daß eine aufwendige Konstruktion erforderlich
ist. Bei geringem Platzbedarf läßt sich hiermit zudem
ein größeres Drehmoment erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenigstens ein Paar von
parallel zur Achsenrichtung des Trägers wirkenden, auf
verschiedenen Seiten des Trägers angeordneten Preßelementen
vorzusehen, so daß ein größtmöglicher
Hebelarm zur Drehmoment-Erzeugung zur Verfügung steht.
Von Vorteil ist es dabei außerdem, daß die beiden
Kraftelemente eines Paares parallel zur Trägerachse
versetzt sind, jedoch nicht in Achsenrichtung, so daß
in Achsenrichtung kein unnötiger Platz benötigt wird.
Mit Vorteil können die Kraftelemente zwischen einem auf
den Träger aufgesetzten Flansch und einem in das Ende
des Walzenmantels eingesetzten Ring angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, den Flansch in der Mitte
von zwei in gewissem axialen Abstand am Walzenmantelende
vorgesehenen Ringen vorzusehen, wobei Preßelemente
in beiden Richtungen parallel zur Achse
wirken, wobei stets die in einer Richtung wirkenden
preßseitigen Kraftelemente zusammen mit den in
Gegenrichtung wirkenden Kraftelementen auf der
Gegenseite, also jeweils kreuzweise miteinander
gesteuert sind.
Eine weitere vorteilhafte Konstruktion ergibt sich,
wenn die Kraftelemente so ausgebildet sind, daß sie
sowohl eine Preßkraft als auch eine Zugkraft in
Axialrichtung auf den Ring auszuüben vermögen, wobei
die Steuerung so erfolgt, daß auf einer Seite eine
Preßkraft und auf der Gegenseite eine Zugkraft erzeugt
wird.
Die Erfindung wird anhand der Figuren
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer Durchbiegungseinstellwalze
im Schnitt entlang der
Preßebene,
Fig. 2a das Ende der Durchbiegungseinstellwalze im
Schnitt entlang der Preßebene,
Fig. 2b das Ende einer anderen Durchbiegungseinstellwalze,
Fig. 2c eine Variante der Walze nach Fig. 2a,
Fig. 2d eine weitere Variante mit inverser Anordnung,
Fig. 3a und b Radialschnitte von Ausführungen der
Durchbiegungseinstellwalze in der Ebene A-A in
Fig. 2,
Fig. 4a-c schematische Axialschnitte von drei Ausführungen
von Durchbiegungseinstellwalzen,
Fig. 5a den Axialschnitt durch das Ende einer weiteren
Durchbiegungseinstellwalze, und
Fig. 5b den Axialschnitt durch das Ende einer Variante
der Walze nach Fig. 5a.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Walzvorrichtung wirkt
eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer Gegenwalze
2 zusammen und übt in einer Preßebene P auf eine
zwischen den beiden Walzen 1 und 2 hindurchgeführte
Warenbahn 3 eine Preßkraft aus. Die Gegenwalze 2 kann
als konventionelle Walze ausgeführt sein, deren Zapfen
4 mittels Lagern 5 in einer nicht dargestellten
Stuhlung gelagert sind. Über die Lager 5 kann eine
Anstellkraft auf die Gegenwalze 2 ausgeübt werden,
wobei an den Zapfen und Enden der Gegenwalze 2 ein
Drehmoment entsteht.
Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen Träger 6
auf, dessen Enden 7 in der Stuhlung drehfest, jedoch in
gewissem Maße schwenkbar, beispielsweise mittels
Gelenken gelagert ist. Um diesen Träger 6 ist ein
Walzenmantel 8 rotierbar, der gegen den Träger 6 mit
einer Reihe von Stützeinrichtungen 9 abgestützt ist,
mit welchen eine Stützkraft auf den Walzenmantel 8 und
gegen die Gegenwalze 2 ausübbar ist, wobei die
Warenbahn 3 die gewünschte Preßbehandlung erfährt.
Die Stützeinrichtungen 9 können beispielsweise als
hydrostatische Stützelemente ausgeführt sein, wie
beispielsweise in US 38 02 044 beschrieben. Sie können
jedoch auch in anderer Weise ausgeführt sein,
beispielsweise als hydrodynamische, magnetische oder
mit Federkraft arbeitende Stützelemente oder als
Druckkissen oder Druckräume. Dabei kann über die ganze
Walzenbreite eine einzige Stützeinrichtung beispielsweise
in der Form einer Stützleiste oder einer
Druckkammer vorgesehen sein, oder aber einer Reihe von
in Achsenrichtung nebeneinander angeordneten Stützelementen,
was den Vorteil einer individuellen
Steuerbarkeit der Preßkraft über die Walzenbreite mit
sich bringt.
Die Enden des Walzenmantels 8 können auf dem Träger 6
beispielsweise direkt mittels Pendelrollenlagern 10
rotierbar gelagert sein, wie etwa in US 38 02 044
beschrieben, oder aber in Preßrichtung in einem
gewissen Spielraum frei beweglich sein, indem die Enden
des Walzenmantels 8 mittels Pendelrollenlagern 10 auf
einer gegenüber dem Träger 6 radial verschiebbaren
Führungsvorrichtung 11 gelagert sind, wie aus
US 38 85 283 ersichtlich.
Um die von den Zapfenauflagekräften der Gegenwalze 2
herrührenden Drehmomente auszugleichen und die Biegelinien
der beiden zusammenwirkenden Walzen 1 und 2
optimal aneinander anpassen zu können, sind an der
Durchbiegungseinstellwalze 1 Einrichtungen zur
Erzeugung eines Drehmomentes mit einer Achse M senkrecht
zur Preßebene P etwa an den Enden des Walzenmantels
8 vorgesehen. Diese Einrichtungen weisen Kraftelemente
P₁₁, P₁₂, P₂₁ und P₂₂ auf. Dabei sind sowohl
auf der Preßseite Pa der Durchbiegungseinstellwalze,
als auch auf der Gegenseite P₀ Kraftelemente P₁₁, P₁₂
bzw. P₂₁, P₂₂ vorgesehen, wobei die Wirkrichtungen der
Kraftelemente in Achsenrichtung X der Durchbiegungseinstellwalze
1 bzw. deren Träger 6 gerichtet sind,
jedoch in einem Abstand H von der Achse X. An jeder
Stelle sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils zwei Kraftelemente vorgesehen, von denen eines
P₁₁ und P₂₂ in Achsenrichtung nach außen wirkt,
während das zugeordnete Kraftelement P₁₂ bzw. P₂₁ in
Achsenrichtung nach innen wirkt. Das andere Walzenende
ist analog aufgebaut.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in
Fig. 2a ersichtlich ist, liegen die Kraftelemente P₁₁,
P₁₂, P₂₁ und P₂₂ zwischen einem fest auf das Ende 7 des
Trägers aufgesetzten Flansch 12 und in die Enden des
Walzenmantels 8 fest eingesetzten Ringen 13 und 14,
wobei die nach außen wirkenden Kraftelemente P₁₁ und
P₂₂ zwischen dem Flansch 12 und dem äußeren Ring 13
angeordnet sind, während die inneren Kraftelemente
P₁₂ und P₂₁ zwischen dem Flansch 12 und dem inneren
Ring 14 liegen.
Die Ausbildung von Fig. 2b unterscheidet sich von
derjenigen nach Fig. 2a dadurch, daß der Walzenmantel
8 direkt mittels der Lager 10 auf dem Träger 6 gelagert
ist, wobei die Führungsvorrichtung entfällt.
Bei der in Fig. 2c wiedergegebenen Variante sind die
Ringe 13 und 14 nicht in die Enden des Walzenmantels 8
innen eingesetzt, sondern außen aufgesetzt. Der
Hebelarm 2H wird hierdurch weiter vergrößert und somit
ein noch größeres Drehmoment durch die Kraftelemente
bei gleicher Preßkraft derselben erzeugbar.
Wie in Fig. 2d gezeigt, können Flansch und Ringe auch
invers bezüglich Träger und Walzenmantel angeordnet
sein, d. h. am Träger 6 sind zwei Flansche 13′ und 14′
vorgesehen, und im Inneren des Walzenmantels 8 ein Ring
12′ zwischen den beiden Flanschen 10′ und 14′, wobei
auf beiden Seiten des Ringes 12′ wiederum Kraftelemente
P₁₁ und P₁₂, bzw. P₂₁ und P₂₂ mit axialer Wirkrichtung
vorgesehen sind. Auch bei dieser Ausführung ist der
Walzenmantel 8, anstatt auf einer in Preßrichtung
beweglichen Führungsvorrichtung 11 gemäß Fig. 2a und
2c, direkt auf dem Träger 6 mittels des Lagers 10
gelagert sein kann, wie in Fig. 2c gezeigt, jedoch
können auch hier in Radialrichtung bewegliche Führungsvorrichtung
vorgesehen sein, wie in Fig. 2a und 2c
gezeigt.
Die Kraftelemente können beispielsweise analog den
Stützelementen 9 ebenfalls als hydrostatische Stützelemente
ausgebildet sein, welche mittels eines
hydrostatischen Druckraumes 15 in Wirkrichtung W, d. h.
parallel zur Achsenrichtung X beweglich sind und an
ihrer Vorderfläche Lagertaschen 16 aufweisen, welche
vom Druckraum 15 mit hydrostatischem Druckmittel
versorgt werden und eine nahezu reibungslose Bewegung
des am Walzenmantel 8 befestigten Ringes 13 bzw. 14
gegenüber den Kraftelementen gestatten. Die Druckräume
15 der Kraftelemente werden über Druckmittelleitungen
L₁ und L₂ mit hydraulischem Druckmittel steuerbaren
Druckes versorgt. Hierbei sind die Druckräume 15 der
preßseitigen und gegenseitigen Kraftelemente
kreuzweise miteinander verbunden, d. h. der Druckraum
von P₁₁ mit dem Druckraum von P₂₁, sowie umgekehrt der
Druckraum von P₁₂ mit dem Druckraum von P₂₂. Werden nun
die Druckräume 15 der Kraftelemente P₁₁ und P₂₁ über
die Leitung 2 mit Druckmittel versorgt, während die
Leitung L₁ drucklos bleibt, so üben die Kraftelemente
P₁₁ und P₂₁ mittels des Hebelarmes 2H ein gleichsinniges
Drehmoment mit einer Achse senkrecht zur
Preßebene auf die Enden des Walzenmantels 8 aus.
Andererseits entsteht ein Drehmoment M₁ in umgekehrter
Richtung, wenn die Druckräume 15 der Kraftelemente P₁₂
und P₂₂ gleichzeitig über die Leitung L₁ mit
Druckmittel beaufschlagt werden. Auf diese Weise läßt
sich an den Walzenmantelenden gezielt ein einstellbares
Drehmoment erzeugen, wobei für die notwendigen
Hebelarme kein zusätzlicher Platz in Achsenrichtung
benötigt wird und keine Deformation des Walzenmantels
durch Radialkräfte, d. h. keine Abweichung von der
Rundform, eintritt.
Die Kraftelemente können jedoch auch in anderer Weise
ausgebildet sein, z. B. als hydraulisch anpreßbare
Stützelemente mit hydrodynamisch geschmierten
Lagerflächen oder Wälzlagern, sofern die Ansteuerung
wie vorstehend beschrieben erfolgt, so daß ein
Drehmoment entsteht.
Wie aus dem Radialschnitt in Fig. 3a ersichtlich ist,
können über den Umfang des Ringes 12 verteilt sowohl
auf der Preßseite Pa als auch auf der Gegenseite P₀
eineAnzahl von Kraftelementen P₁₁ bzw. P₂₂ nebeneinander
vorgesehen sein, wobei die Druckräume der
Kraftelemente P₁₁ auf der einen Seite Pa miteinander
verbunden sind, und ebenso die Druckräume der Preßelemente
P₂₂ auf der anderen Seite P₀. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daß konventionelle hydrostatische
Kraftelemente mit etwa kreisförmigem Druckraumquerschnitt
vorgesehen sein können und trotzdem das
größtmögliche Drehmoment erzeugbar ist.
Wie in Fig. 3b dargestellt, kann jedoch auch auf jeder
Seite Pa bzw. P₀ jeweils nur ein einziges Kraftelement
P₁ bzw. P₂ mit langgestreckter, etwa halbkreisförmig
gekrümmter Form vorgesehen sein.
Während in den Fig. 1-3 an jedem Ende des Walzenmantels
8 jeweils zwei Doppelpaare von Kraftelementen
vorgesehen sind, läßt sich das gewünschte Drehmoment
an den Enden des Walzenmantels, wie in Fig. 4a-c in
schematischer Form dargestellt, jedoch auch mit einer
geringeren Anzahl von Kraftelementen erzeugen.
Bei dem in Fig. 4a wiedergegebenen Beispiel sind an
beiden Seiten des Walzenmantels 8 nur äußere Ringe 13
vorgesehen, auf welche auf der Preßseite Pa lediglich
nach außen wirkende Kraftelemente P₂ einwirken und auf
der Gegenseite P₀ ebenfalls nur nach außen wirkende
Kraftelemente P₁. Durch das Zusammenwirken der gleichzeitig
angesteuerten Kraftelemente P₁, bei drucklosen
Kraftelementen P₂ entsteht an den Walzenmantelenden ein
Drehmoment M₁, während bei Beaufschlagung der Preßelemente
P₂ und drucklosen Kraftelementen P₁ ein
entgegengesetztes Moment M₂ erzeugt wird.
Beim Beispiel nach Fig. 4b sind stattdessen nur innere
Ringe 14 in den Walzenmantel 8 eingesetzt, auf welche
axial nach innen wirkende Kraftelemente P₁ und P₂ eine
Preßkraft ausüben. Wiederum wird bei gleichzeitiger
Beaufschlagung der beiden preßseitigen Kraftelemente
P₁ an beiden Walzenmantelenden ein Drehmoment M₁
erzeugt, während bei Beaufschlagung der Kraftelemente
P₂ das entgegengesetzte Drehmoment M₂ an den Walzenmantelenden
entsteht.
Bei Ausführungsbeispiel nach Fig. 4c sind lediglich
auf der Preßseite Pa Kraftelemente P₁ nach innen
wirkend und P₂ nach außen wirkend vorgesehen, während
auf der Gegenseite P₀ keine Kraftelemente vorhanden
sind. Auch hier entsteht bei Beaufschlagung der nach
innen wirkenden Kraftelemente P₁ an beiden Walzenmantelenden
gleichzeitig ein Drehmoment M₁ an beiden
Enden, hingegen bei Beaufschlagung der nach außen
wirkenden Kraftelemente P₂ das entgegengesetzte
Drehmoment M₂.
Fig. 5a zeigt das Ende einer Durchbiegungseinstellwalze
mit einer anderen Form von axial wirkenden Preßelementen
P′ auf der Preßseite und P′′ auf der
Gegenseite. Die Kraftelemente weisen in diesem Beispiel
doppelt wirkende Kolben 16 auf, welche in Achsenrichtung
zwischen dem am Trägerende 7 befestigten
Flansch 12 und einem drehfesten Ring 17 sowohl eine
Druckkraft als auch eine Zugkraft auszuüben vermag, je
nachdem, ob der äußere Druckraum 18, 18′ oder der
innere Druckraum 19, 19′ mit hydraulischem oder
pneumatischem Druckmittel angesteuert ist. Wiederum
sind die Druckräume des preßseitigen Kraftelementes P′
und des Kraftelementes P′′ auf der Gegenseite kreuzweise
miteinander verbunden, d. h. 18 mit 19′ und 18′ mit 19,
und gemeinsam angesteuert, so daß beispielsweise auf
der Preßseite Pa eine Druckkraft auf den Ring 17 und
auf der Gegenseite P₀ eine Zugkraft auf diesen ausgeübt
wird, so daß der Ring 17 ein Drehmoment um eine Achse
M senkrecht zur Preßebene P erfährt. Auf dem Ring 17
ist der Walzenmantel 8 mittels Festlagern 20 drehbar
gelagert. Da die Festlager 20 keine Pendelbewegung
zwischen dem Ring 17 und dem Walzenmantel 8 erlauben,
wird das Drehmoment somit vom Ring 17 über die Lager 20
auf die Enden des Walzenmantels 8 übertragen.
Bei der in Fig. 5b dargestellten Durchbiegungseinstellwalze
ist der Ring 17 mittels einer Zentrierung 21
auf dem Trägerendes 7 gegenüber dem Ende des Walzenmantels
8 fixiert ist. Eine solche Walze eignet sich besonders
als Brustwalze einer Papiermaschine.
Die Kraftelemente P₁₁ und P₂₁ können auch gleichzeitig
angesteuert sein, jedoch mit unterschiedlichem Druck,
wo sie mit separaten Druckleitungen für jedes Kraftelement
verbunden sind. Das gleiche gilt für die Kraftelemente
P₁₂ und P₂₂.