CH653104A5

CH653104A5 - Druckwalze.

Info

Publication number: CH653104A5
Application number: CH3225/81A
Authority: CH
Inventors: Josef Dr-Ing Pav; Erhard Dr-Ing Muench
Original assignee: Kleinewefers Gmbh
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1985-12-13
Also published as: CA1162771A; DE3022491A1; US4394793A; SE8103190L; JPS617529B2; IT8167819A0; GB2083571B; GB2083571A; SE440820B; FI69686B; DE3022491C2; FI69686C; IT1144230B; FI811808L; JPS5733215A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckwalze, mit einem hohlen, durch einen Gegenkörper zu belastenden Walzenmantel, mit einem diesen durchsetzenden, feststehenden Träger und mit in Achsrichtung nebeneinander angeordneten Lagerelementen, die jeweils mittels zwischen den Lagerelementen und dem Träger geschalteter, hydraulischer, jeweils Kolben und Zylinder mit Kreisquerschnitt aufweisender Druckgeber belastbar sind und in ihren dem Innenumfang des Walzenmantels zugewandten Lagerflächen in Umfangsrichtung versetzte Taschen aufweisen, von denen jede zum Zweck der hydrostatischen Lagerung über Drosselkanäle mit einem Druckraum eines der Druckgeber verbunden ist und im Bereich der Mittelebene, welche den mit dem Gegenkörper zu bildenden Walzenspalt durchsetzt, mit in Umfangsrichtung parallel verlaufenden, die Tasche begrenzenden Seitenwandabschnitten versehen ist.

Derartige Druckwalzen sind für zahlreiche Anwendungszwecke geeignet, beispielsweise für Kalander, Glättwerke, Pressenpartien von Papier-, Zellstoff- und Druckmaschinen oder Walzwerke für Stahl, Kunststoff und dergleichen.

Bei einer bekannten Druckwalze dieser Art (DE-OS 2 608 646) sind mehrere Druckgeber mit jeweils einem zugehörigen Lagerelement axial nebeneinander mit Abstand angeordnet. Sie sollen eine Durchbiegung des Walzenmantels vermindern bzw. den zwischen dem Walzenmantel und der Gegenwalze ausgeübten Druck vergleichmässigen. Die Druckgeber weisen jeweils entweder einen mit dem Lagerelement fest verbundenen Kolben auf, der in einem im Träger ausgebildeten Zylinder geführt ist oder einen mit dem Lagerelement fest verbundenen Zylinder, der auf einem am Träger befestigten Kolben geführt ist. Statt einer kreisförmigen Lagerfläche kann auch eine rechteckige Lagerfläche verwendet werden, die in Achsrichtung eine grössere Erstrek-kung hat als in Umfangsrichtung. Die Lagerfläche ist durch zwei sich kreuzende Stege in vier Taschen unterteilt, die jeweils über einen Drosselkanal mit dem zylindrischen Druckraum des Druckgebers verbunden sind.

Infolge der parallelen Seitenwandabschnitte haben die von einem Lagerelement auf den Walzenmantel übertragbaren Kräfte ein sich in Achsrichtung nur wenig änderndes Profil, verglichen mit einer kreisrunden Lagerfläche. Bei einem gegebenen hydraulischen Arbeitsdruck ist aber die pro Längeneinheit auf die Walze aufbringbare Kraft begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckwalze der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es erlaubt, eine im Vergleich zum hydraulischen Arbeitsdruck höhere Kraft pro Längeneinheit auf den Walzenmantel zu übertragen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass an den Lagerelementen jeweils mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzte Druckgeber angreifen und dass sich zwischen den parallelen Seitenwandabschnitten jedes Lagerelements mindestens zwei mit den Druckräumen verschiedener Druckgeber verbundene Taschen befinden.

Durch die Verwendung von mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzten Druckgebern lässt sich bei gegebenem Arbeitsdruck die auf den Walzenmantel zu übertragende Kraft vervielfachen, ohne dass dabei die Breite des Lagerelements vergrössert werden müsste. Infolgedessen ergibt sich die erstrebte höhere Kraft pro Längeneinheit. Dies hat zur Folge, dass die Walze auch für sehr hohe Belastungen eingesetzt werden kann. Oder es lässt sich unter sonst gleichen Belastungs verhältnissen ein sehr viel geringerer Arbeitsdruck verwenden, wodurch Leckverluste sinken und Energie gespart wird. Trotz dieser höheren Kräfte sind keine schädlichen Kraftspitzen zu befürchten, da wegen der parallelen Seitenwandabschnitte das Kraftprofil bereits am Rand des Lagerelements mit einem vorgegebenen Mittelwert und nicht mit Null beginnt. Die grössere Erstreckung der Lagerelemente in Umfangsrichtung ist zulässig, da die Taschen wei2

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terhin im Bereich des Walzenspalts angeordnet werden können. Zweckmässigerweise wird trotz Verwendung von mehr als einem Druckgeber jede Tasche in üblicher Weise nur mit einem Druckgeber verbunden, so dass sich definierte Strömungspfade für das Druckmittel ergeben. Ausserdem ergeben sich leicht herzustellende und kurze Bohrungen als Drosselkanäle.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, dass sich in Umfangsrichtung erstreckende Seitenwände benachbarter Lagerelemente einen Abstand von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% der axialen Breite eines Lagerelements aufweisen. Da nunmehr eine grosse Vielzahl von Druckgebern vergleichsweise dicht nebeneinander angeordnet ist, lassen sich ausserordentlich grosse Abstützkräfte, bezogen auf den Arbeitsdruck, auf den Walzenmantel aufbringen. Hierbei erhält man eine sehr gleichmässige Belastung des Walzenmantels, weil die Kraftprofile wegen der parallelen Seitenwandabschnitte keine sehr starken Änderungen aufweisen und weil der Zwischenraum zwischen benachbarten Kraftprofilen gering und zu beiden Seiten von einer ausgeprägten Mindestkraft begrenzt ist. Dies wirkt sich auch positiv aus, wenn die Lagerelemente einzeln oder zonenweise mit unterschiedlichem Druck versorgt werden. Für eine gegebene Querschnittsfläche der Taschen eines Lagerelements erhält man eine geringere axiale Breite der Lagerelemente, so dass eine grössere Zahl von Lagerelementen auf einer gegebenen Walzenlänge untergebracht werden kann. Dies erlaubt eine noch genauere Druckbelastungssteuerung über die Walzenlänge.

Wenn die axiale Breite eines Lagerelements nur um die doppelte Wandstärke einer dem Arbeitsdruck entsprechend bemessenen Wand grösser ist als der Innendurchmesser der Zylinder, erhält man die grösstmögliche Dichte der Druckgeber und damit eine besonders hohe Abstützkraft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform greifen zwei gleiche Druckgeber an einem Lagerelement symmetrisch zur Mittelebene an. Dies führt bei gegebener Breite des Lagerelements und dem dadurch vorgegebenen Durchmesser der hydraulischen Druckgeber zu einer Verdopplung der Kräfte auf den Walzenmantel oder zu einer Halbierung des Arbeitsdrucks. Gleichzeitig ist dafür gesorgt, dass die Umfangserstreckung des Lagerelements vergleichsweise klein ist.

Mit Vorteil ist jedem Druckgeber nur eine Tasche zugeordnet. Dies ergibt einen einfachen Aufbau und erlaubt kleine Abmessungen der Lagerflächen in Achsrichtung und in Umfangsrichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tasche an ihrer der Mittelebene abgewandten Seite durch eine halbkreisförmige Wand abgeschlossen. Dies führt zu der kleinst-möglichen Umfangsfläche und daher zu den kleinstmög-lichen Leckverlusten. Hierbei kann der Mittelpunkt der halbkreisförmigen Wand mit der Mittelachse des zugehörigen Druckgebers übereinstimmen, so dass die Tasche mit Ausnahme ihrer zur Mittelebene gerichteten Verlängerungen konzentrisch zum zugehörigen Druckgeber liegt.

Günstig ist es ferner, wenn die beiden Druckgeber an Quellen unterschiedlichen Drucks anschliessbar sind. Durch eine unterschiedliche Druckbeaufschlagung lässt sich auch eine Verformung des Walzenmantels aufgrund von Querkräften kompensieren. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Tangentialkräfte, die aufgrund der Reibung zwischen Walzenmantel und zu behandelndem Bahnmaterial bzw. der Gegenwalze auftreten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den Druckgebern ein Führungselement vorgesehen ist, das Radial- und Kippbewegungen des Lagerelements zulässt, aber Querkräfte, die auf das Lagerelement wirken, abfängt. Diese Massnahme empfiehlt sich, wenn die Querkräfte besonders

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gross sind, beispielsweise wenn über den Walzenmantel Antriebskräfte geleitet werden oder wenn die Druckbela- . stungsebene einen Winkel zur Vertikalebene einschliesst. Das Führungselement nimmt solche Querkräfte auf, so dass die Druckgeber hiervon nicht belastet werden. Günstig ist es insbesondere gleichzeitig das Führungselement zu verwenden und die beiden Druckgeber mit unterschiedlichem Druck zu beaufschlagen. Denn auf diese Weise ist es möglich, die Lagerfläche des Lagerelements durch eine Kippbewegung dem Innenumfang des Walzenmantels anzupassen, so dass die hydrostatische Lagerung nicht durch zu hohe Leckverluste leidet.

Das Führungselement kann beispielsweise durch einen in einer Führungsbohrung verschiebbaren, kugelartigen Kopf gebildet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemässe Druckwalze

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Träger mit Lagerelementen,

Fig. 3 die Lagerflächen mit zugehörigen Kraftprofüen und

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform.

Die Druckwalze 1 in Fig. 1 weist einen hohlen Walzenmantel 2 auf, der durch eine Gegenwalze 3 belastbar ist. Der hohle Walzenmantel 2 wird von einem Träger 4 durchsetzt, der an beiden Enden feststehend gehalten ist. Auf ihm sind Lagerelemente 5 angeordnet, die, wie Fig. 2 zeigt, einander dicht benachbart sind.

Die Lagerelemente sind durch je zwei Druckgeber 6 und 7 belastet. Der Druckgeber 6 besteht aus einem mit dem Träger 4 fest verbundenen zylindrischen Kolben 8 und einem im Lagerelement 5 vorgesehenen Zylinder 9 und besitzt einen Druckraum 10, der über einen Kanal 11 mit einer Zuleitung 12 für das Druckmittel verbunden ist. Der Druckgeber 7 besteht aus einem mit dem Träger 4 fest verbundenen, zylindrischen Kolben 13 und einem im Lagerelement 5 vorgesehenen Zylinder 14 und besitzt einen Druckraum 15, der über einen Kanal 16 mit einer Zuleitung 17 für das Druckmittel verbunden ist. Dem Innenumfang 18 des Walzenmantels 2 ist eine Lagerfläche 19 des Lagerelements 5 zugewandt und in dieser Lagerfläche befinden sich zwei Taschen 20 und 21 für die hydrostatische Lagerung. Die Tasche 20 ist über einen Drosselkanal 22 mit dem Druckraum 10 des Druckgebers 6, die Tasche 21 über einen Drosselkanal 23 mit dem Druckraum 15 des Druckgebers 7 verbunden.

Die Taschen 20 und 21 sind durch einen im Bereich der Mittelebene 24 verlaufenden Steg 25 voneinander getrennt. Sie haben Seitenwandabschnitte 26 und 27, welche sich in Umfangsrichtung, also parallel zueinander erstrecken und bis etwa zur Mittelebene 24 reichen. Die gegenüberliegende Seite wird durch eine halbkreisförmige Wand 28 begrenzt, deren Mittelpunkt mit der Achse des zugehörigen Druckgebers 6 bzw. 7 übereinstimmt. Die Seitenwände 29 und 30 der Lagerelemente verlaufen ebenfalls in Umfangsrichtung, also parallel zueinander, so dass diese Lagerelemente 5 ausserordentlich dicht nebeneinander angeordnet werden können. Erstrebt ist ein Abstand von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% der axialen Breite des Lagerelements.

In Fig. 2 sind die Zuleitungen 12 und 17 gestrichelt veranschaulicht. Sie führen von jedem einzelnen Druckraum 10 bzw. 15 zu einem Steuergerät 31, das gestattet, den Druck in jedem Druckraum für sich oder zonenweise zu regeln, beispielsweise in Abhängigkeit von Fühlern, welche den auf die

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Walze 1 ausgeübten Druck oder die Verformung des Walzen- die beiden Druckgeber 106 und 107 etwas weiter auseinander mantels 2 messen. gerückt worden. Die Taschen 120 und 121 haben aber ihre

In Fig. 3 sind links die Lagerflächen 19 mehrerer benach- bisherige Lage beibehalten.

barter Lagerelemente 5 mit den zugehörigen Taschen 20 und Wenn eine Querkraft, die also senkrecht zur mit der Mittel-21 veranschaulicht. Rechts ist das im Bereich des Walzen- s ebene 24 übereinstimmenden Druckbelastungsebene steht, spalts auftretende Kraftprofil 32, also die Kraft P über der auftritt, wird diese vom Walzenmantel 102 auf das Lagerele-Achserstreckung x veranschaulicht. Es sei angenommen, dass ment 105 und von diesem auf das Führungselement 36 über-in den beiden Taschen jeweils derselbe Druck herrscht. Die tragen. Diese Querkraft braucht daher nicht von den Kolben Kraft P ist dann proportional der in Umfangsrichtung gemes- 108,113 bzw. deren Dichtungen 39 aufgenommen zu werden, senen Taschenlänge. Wegen der parallelen Seitenwandab- io Im übrigen ist aber die Bewegung des Lagerelements 105 in schnitte ergibt sich schon am Rand der Tasche eine Anfangs- Radialrichtung oder beim Kippen nicht behindert. Wenn ein kraft PI. Hierbei ist die gesamte aktive Fläche dem Walzen- solches Kippen durch Querkräfte hervorgerufen wird, kann spalt benachbart, so dass sich die Kraft hier voll auswirken es durch unterschiedliche Drücke in den Druckräumen 110 kann. Die Änderung bis zum Maximalwert P2 fällt dem- und 115 kompensiert werden. Es besteht dort die Möglichgegenüber nicht mehr stark ins Gewicht. Gestrichelt ist noch is keit, das Lagerelement 105 willkürlich zu kippen, damit es der Kraftverlauf 33 über dem Rand 34 der Lagerfläche 19 seine genaue Lage bezüglich der Innenoberfläche des Walveranschaulicht. Da die Lagerflächen 19 einander dicht zenmantels 102 beibehält.

benachbart sind, ist ersichtlich, dass der Kraftabfall zwischen Fig. 2 lässt auch erkennen, dass man gegenüber den benachbarten Lagerelementen 5 auf die Form des Walzen- bekannten Lagerelementen mit einem Druckgeber bei mantels 2 keinen Einfluss mehr hat. 20 gleichem Durchmesser die doppelte Kraft erzielen oder mit

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4, bei der für die ent- halbem Druck arbeiten kann. Man kann auch die Forderung sprechenden Teile gegenüber Fig. 1 um 100 erhöhte Bezugs- stellen, dass jedes Lagerelement bei gegebenem Arbeitsdruck zeichen verwendet werden, ist zusätzlich ein Führungsele- die gleiche Kraft erzeugt wie bisher mit einem Druckgeber,

ment 35 mit einem kugelartigen Kopf 36 vorgesehen, der in Dann lässt sich die axiale Breite der Lagerelemente noch einer Führungsbohrung 37 des Lagerelements 105 gehalten 25 weiter vermindern. Dadurch lässt sich auf einer vorgege-

ist. Diese steht über einen Kanal 38 mit der Oberseite der benen Walzenlänge eine noch grössere Zahl von Lagerele-

Lagerfläche im Bereich des Querstegs 125 in Verbindung, so menten unterbringen, was auch die Möglichkeit ergibt, die dass dem Führungselement 35 automatisch Lecköl zur Drucksteuerung noch feinfühliger vorzunehmen.

Schmierung zugeführt wird. Auch hier ist angedeutet, dass Statt einer konvexen Oberfläche einer Gegenwalze kann

über die Leitungen 112 und 117 den beiden Druckräumen 30 auch eine konkave Oberfläche einer Hohlwalze oder eine

110 und 115 unterschiedlicher Druck zugeführt werden kann, ebene Fläche eines Druckkörpers an dem Walzenmantel

Wegen der Zwischenschaltung des Führungselements sind anliegen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

653104 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckwalze, mit einem hohlen, durch einen Gegenkörper zu belastenden Walzenmantel (2; 102), mit einem diesen durchsetzenden, feststehenden Träger (4; 104) und mit in Achsrichtung nebeneinander angeordneten Lagerelementen (5; 105), die jeweils mittels zwischen den Lagerelementen und dem Träger geschalteter, hydraulischer, jeweils Kolben und Zylinder mit Kreisquerschnitt aufweisender Druckgeber (6,7; 106,107) belastbar sind und in ihren dem Innenumfang des Walzenmantels zugewandten Lagerflächen in Umfangsrichtung versetzte Taschen (20,21; 120,121) aufweisen, von denen jede zum Zweck der hydrostatischen Lagerung über Drosselkanäle (22,23; 122,123) mit einem Druckraum (10,15; 110,115) eines der Druckgeber verbunden ist und im Bereich der Mittelebene, welche den mit dem Gegenkörper zu bildenden Walzenspalt durchsetzt, mit in Umfangsrichtung parallel verlaufenden, die Tasche begrenzenden Seitenwandabschnitten (26,27) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Lagerelementen (5; 105) jeweils mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzte Druckgeber (6,7; 106,107) angreifen und dass sich zwischen den parallelen Seitenwandabschnitten (26,27) jedes Lagerelements mindestens zwei mit den Druckräumen (10,15; 110,115) verschiedener Druckgeber verbundene Taschen (20,21; 120, 121) befinden.

2. Druckwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangsrichtung erstreckende Seitenwände benachbarter Lagerelemente (5; 105) einen Abstand von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% der axialen Breite eines Lagerelements aufweisen.

3. Druckwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite eines Lagerelements (5; 105) nur um die doppelte Wandstärke der Seitenwand grösser ist als der Innendurchmesser der Zylinder (9,14; 109,114).

4. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Lagerelement (5; 105) nur zwei Druckgeber (6,7; 106,107) angreifen, die gleich ausgebildet und symmetrisch zur Mittelebene (24) angeordnet sind.

5. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Druckgeber (6,7; 106,107) nur eine Tasche (20,21; 120,121) zugeordnet ist.

6. Druckwalze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tasche (20,21) an ihrer der Mittelebene (24) abgewandten Seite durch eine halbkreisförmige Wand (28) abgeschlossen ist.

7. Druckwalze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der halbkreisförmigen Wand (28) mit der Mittelachse des zugehörigen Druckgebers (6,7) übereinstimmt.

8. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei an einem Lagerelement angreifende Druckgeber (6,7; 106,107) an Quellen unterschiedlichen Druckes anschliessbar sind.

9. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Druckgebern (106,107) ein Führungselement (35) vorgesehen ist, das Radial- und Kippbewegungen des Lagerelements (105) zulässt, aber Querkräfte, die auf das Lagerelement wirken, abfängt.

10. Druckwalze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (35) durch einen in einer Führungsbohrung (37) verschiebbaren, kugelartigen Kopf (36) gebildet ist.