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Die
Erfindung betrifft einen Aktuator sowie eine mit wenigstens einem
solchen Aktuator versehene Walze für eine bahnverarbeitende Maschine. Dabei
kann es sich insbesondere um eine Maschine zur Herstellung einer
Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn handeln.
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Zur
linearen Höhenverstellung
von Bauteilen wie beispielsweise Lagerungen ist eine Vielzahl von Mechanismen
bekannt, die aus Hebeln, Spindeln oder einstellbaren Schraubverbindungen
bestehen. Ein Nachteil dieser bekannten Verstelleinrichtungen oder
Aktuatoren besteht darin, dass die Verstellung entweder sehr kompliziert
ist, da Verklemmungen gelöst
werden müssen,
und/oder Bauteile nicht hinreichend starr miteinander verbunden
werden können und
daher arbeiten oder schwingen.
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Für eine starre,
schwingungsarme Verbindung wurden daher bereits Exzenterlagerungen
eingesetzt, da mit diesen eine direkte, steife Lagerung von Bauteilen
beispielsweise auf einer Exzenterwelle möglich ist, die ohne Gelenke über eine
Gleitlagerung direkt mit dem betreffenden Bauteil verbunden ist.
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Ein
einfacher Exzenter bringt nun aber den Nachteil mit sich, dass eine
Verstellung in einer Ebene gleichzeitig auch eine Veränderung
in einer zweiten Ebene mit sich bringt, da ein solcher einfacher Exzenter
stets eine Auslenkung in einer entsprechende Winkellage besitzt.
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Bei
einer aus der
DE 199
27 897 A bekannten Walze mit einstellbarer Biegung sind
zur variablen Einstellung der Biegung Stellschrauben vorgesehen.
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Bisher
sind für
die Bahnführung
in bahnverarbeitenden Maschinen Anordnungen vorgesehen, in denen
insbesondere Leit-, Regulier- und Breitstreckwalzen aufeinanderfolgend
angeordnet sind. Nachteil dieser bekannten Anordnungen sind unter
anderem hohe Investitions- und Wartungskosten.
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Aufgrund
der einfachen Konstruktion einer Leitwalze sind deren Bauteile zwar äußerst kostengünstig. Von
Nachteil ist jedoch, dass der Bahnlauf aufgrund einer Durchbiegung
der Leitwalze negativ beeinflusst werden kann.
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Breitstreckwalzen
werden in bahnverarbeitenden Maschinen verwendet, um bei laufender
Materialbahn eine Faltenbildung oder ein Durchhängen durch Breitstrecken der
Materialbahn zu vermeiden. Des weiteren werden Breitstreckwalzen
dazu verwendet, parallel nebeneinander angeordnete Materialbahnen
seitlich auseinander zu führen.
Parallel nebeneinander angeordnete Materialbahnen können beispielsweise
durch Längsschneiden
einer breiten Materialbahn erzeugt werden. Solche Breitstreckenwalzen
sind beispielsweise aus der
DE 199 27 897 A1 und
DE 10 2004 045 407 A1 bekannt.
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Breitstreckwalzen
bestehen häufig
aus mehreren einzeln gelagerten Segmenten, die einen hohen Wartungsaufwand
mit sich bringen und entsprechend kostenintensiv sind. Allgemein
kostet eine Wartung einer solchen Breitstreckwalze etwa 60 % deren
Neupreises. Zudem besitzen die bisher üblichen Breitstreckwalzen eine
sehr schlanke Konstruktion und entsprechend eine geringe Tragfähigkeit,
so dass eine Verwendung als Leitwalze ausgeschlossen ist.
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Die
jüngsten,
auf Hochleistungskunststoffen basierenden Ausführungen von Breitstreckwalzen weisen
zwar optimierte Krümmungen
auf. Sie besitzen jedoch den Nachteil, dass die betreffenden Konstruktionen
nicht momentfrei gelagert sind, d.h. die Stuhlung der betreffenden
Maschine, zum Beispiel Papiermaschine, in unerwünschter Weise belastet wird.
Bei Neuanlagen müssen
die auftretenden Momente berücksichtigt
werden, was kostenintensive Verstärkungen erforderlich macht.
Bei bereits bestehenden Anlagen sind noch aufwändigere Hilfskonstruktionen
erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Aktuator
der eingangs genannten Art zu schaffen, der einerseits eine lineare
Verstellung und andererseits eine Verstellung der Winkellage der
Position der Verstellung ermöglicht.
Dabei soll dieser Aktuator insbesondere als Ansteuerungsmechanismus
für eine
steife, verstellbare Lagerung geeignet sein. Hierbei ist insbesondere
an einen Einsatz bei einer Walze für eine bahnverarbeitende Maschine
gedacht. Zudem soll eine verbesserte Walze der eingangs genannten
Art geschaffen werden, bei der die weiter oben genannten Probleme
beseitigt sind. Hierbei sollen insbesondere auch die in die Stuhlung
eingeleiteten Momente minimiert werden. Schließlich soll die betreffende
Walze insbesondere auch dafür
geeignet sein, gleichzeitig die Funktionen von mehreren unterschiedlichen
Walzentypen zu erfüllen.
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Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch einen verstellbaren
Aktuator mit zwei ineinander gelagerten Exzentern, denen jeweils
eine Schwenkeinrichtungen zugeordnet ist, wobei die beiden Schwenkeinrichtungen
so ansteuerbar sind, dass das Ausmaß der resultierenden Exzentrizität und die
Position dieser resultierenden Exzentrizität vorzugsweise getrennt voneinander
einstellbar sind.
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Aufgrund
dieser Ausbildung ist auf konstruktiv einfache und zuverlässige Weise
eine lineare exzentrische Verstellung sowie ein Verschwenken der Exzenterposition
um eine Drehachse möglich.
Ein solcher Aktuator ist insbesondere für den Einsatz in einer Walze
für eine
bahnverarbeitende Maschine geeignet. So ist über entsprechende Aktuatoren
beispielsweise die Verstellung einer Breitstreckwalze usw. möglich, d.h.
es kann in diesem Fall z.B. die Walzenkrümmung linear verstellt und
die gekrümmte Walze
in die Bahn geschwenkt werden.
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Bevorzugt
sind die beiden Schwenkeinrichtungen konzentrisch gelagert.
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Bei
einer zweckmäßigen praktischen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Aktuators
umfassen die beiden Schwenkeinrichtungen jeweils eine mit dem betreffenden
Exzenter gekoppelte Schwenkwelle. Dabei sind die Schwenkwellen der beiden
Schwenkeinrichtungen vorteilhafterweise konzentrisch gelagert.
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Um
die Exzentrizität
ausgehend von einer Nullstellung einstellen zu können, sind die Exzentrizitäten der
beiden Exzenter vorzugsweise gleich groß.
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Vorteilhafterweise
sind die Schwenkwellen der beiden Schwenkeinrichtungen jeweils mit
einem Schneckengetriebe verbunden, dem eine jeweilige Schneckenwelle
zugeordnet ist.
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Die
Schneckenwellen sind zweckmäßigerweise
mechanisch über
ein schaltbares Getriebe miteinander koppelbar. Zum Klemmen des
schaltbaren Getriebes in dessen Mittelstellung sind zweckmäßigerweise
die Zahnräder
für gleichläufige und
gegenläufige
Bewegung gleichzeitig in Eingriff bringbar. Bei der Auslegung des
Getriebes ist auf die korrekten Zähnezahlverhältnisse zu achten, damit bei
beiden Zahnstellungen zum Schalten die Zähne in der richtigen Position
stehen.
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Sind
den Schneckenwellen getrennte Antriebsmotoren zugeordnet, so können die
Schneckenwellen vorteilhafterweise auch über eine diesen Antriebsmotoren
zugeordnete elektronische Steuerung miteinander gekoppelt werden.
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Der
erfindungsgemäße Aktuator
ist vorteilhafterweise insbesondere innerhalb des Außenmantels
einer Walze für
eine bahnverarbeitende Maschine zur entsprechenden Beaufschlagung
des Außenmantels
insbesondere im Bereich der Walzenenden verwendbar.
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Es
werden also zur Verstellung eines Doppelexzentermechanismus zwei
ineinander gelagerte Exzenter eingesetzt, denen ein zweifacher Schwenkmechanismus
zugeordnet ist, der vorzugsweise konzentrisch gelagert ist und mit
je einer Ausgangswelle an einer Exzenternocke befestigt ist. Bei
dieser Anordnung werden bei gegensinnigem Verdrehen der Schneckenwellen
um denselben Betrag die Exzenter zueinander exakt linear ohne Winkeländerung
der Gesamtexzentrizität
verschoben. Soll die Exzentrizität
beibehalten werden, jedoch eine Winkeländerung der Exzenterposition
erfolgen, so werden die Exzenter in gleicher Richtung verdreht.
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Durch
eine entsprechende Ansteuerung zur entsprechenden Kopplung der Exzenterbewegungen kann
die Schwenkbewegung von der Exzenterhubbewegung entkoppelt werden.
Dabei kann mit einer insbesondere elektronischen Steuerung der Schneckenwellendrehzahlen
und der Drehrichtungen jede Position von Null bis zu einem Kreisdurchmesser,
der dem Doppelten Exzenterhub einer Exzenternocke entspricht, angefahren
werden. Der Weg bis zum gewünschten
Einstellpunkt bezüglich
der Schwenk- und Hubbewegung ist dabei durch die Drehzahl und die Richtungswahl
der Schwenkgetriebe frei wählbar.
Bei einem Einsatz von Schneckengetrieben mit hohen Übersetzungen
ist häufig
auch keine Bremse erforderlich, da über die Reibung des Antriebs
in den meisten Fällen
bereits eine Selbsthemmung des Mechanismus erreicht wird. Mit besonderem
Vorteil können
die Aktuatoren innerhalb des Außenmantels
einer Walze, insbesondere einer Walze für eine bahnverarbeitende Maschine,
eingesetzt werden. Durch eine entsprechende Positionierung der Aktuatoren sowie
der betreffenden Lager innerhalb des Außenmantels werden die in die
Stuhlung eingeleiteten Momente auf ein Minimum reduziert.
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Die
weiter oben angegebene Aufgabe wird nach der Erfindung überdies
gelöst
durch eine Walze für
eine bahnverarbeitende Maschine, mit einem im Bereich sei ner beiden
Enden über
eine jeweilige Lagerung abgestützten
Stützkern
und einem Außenmantel,
der in seinem axial mittleren Bereich relativ zum Stützkern radial
unverschiebbar gelagert und im Bereich seiner beiden Enden über eine
jeweilige weitere Lagerung relativ zum Stützkern radial verstellbar abgestützt ist,
wobei der Außenmantel
im Bereich seiner beiden Enden jeweils durch einen vorzugsweise
innerhalb des Außenmantels
angeordneten erfindungsgemäßen Aktuator
verstellbar ist. Bevorzugt liegt dabei die sich in Radialrichtung
erstreckende Mittenebene sowohl der Stützkernlagerung als auch der
Außenmantellagerung
axial innerhalb des Außenmantels.
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Aufgrund
dieser Ausbildung kann die betreffende Walze nicht nur die Funktion
eines bestimmten Walzentyps, sondern erforderlichenfalls auch gleichzeitig
die Funktionen von wenigstens zwei unterschiedlichen Walzentypen
erfüllen.
Durch den entsprechenden Wegfall einer Walze wird entsprechend Bauraum
eingespart. Allgemein ist eine kostensparende Konstruktion möglich.
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Die
Kombination von zumindest zwei Funktionen in einer Walze bringt,
wie bereits erwähnt,
den Vorteil erheblicher Kostensenkungen mit sich. Dabei wird insbesondere
der Bauraum der Funktionsgruppe verringert, die Sieb- und Filzkosten
werden reduziert und es müssen
weniger Ersatzwalzen bereitgehalten werden, wodurch der Wartungsaufwand
bzw. der Aufwand bei der Ersatzteilhaltung entsprechend reduziert
wird. Schließlich
ergibt sich eine geringere Produktvielfalt, wodurch die Kosten ebenfalls
verringert werden.
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Dabei
wird insbesondere auch das in die Stuhlung eingeleitete Moment auf
ein Minimum reduziert, wobei es im optimalen Fall sogar auf Null
gebracht werden kann. Indem auch der Aktuator innerhalb des Außenmantels
angeordnet ist, ergibt sich eine kompakte Verstelleinrichtung, die
es ermöglicht, die
Kräfte
für die
Verstellung zu reduzieren und die auftretenden Kräfte zu beherrschen.
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Gemäß einer
bevorzugten praktischen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Walze
sind die Aktuatoren so verstellbar oder ansteuerbar, dass mit der
einen Walze die Funktionen von wenigstens einer und vorzugsweise
gleichzeitig die Funktionen von wenigstens zwei der folgenden Walzentypen
erfüllt sind:
- – Breitstreckwalze
- – Leitwalze
- – Regelwalze,
insbesondere Bahnlaufregel- oder eine Art Durchbiegungseinstellwalze
- – Spannwalze.
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Dabei
können
die Aktuatoren insbesondere so verstellbar bzw. ansteuerbar sein,
dass mit der einen Walze gleichzeitig die Funktionen einer Leitwalze
und einer Breitstreckwalze, gleichzeitig die Funktionen einer Leitwalze
und einer Spannwalze, gleichzeitig die Funktionen einer Leitwalze
und einer Regelwalze, gleichzeitig die Funktionen einer Breitstreckwalze
und einer Regelwalze, gleichzeitig die Funktionen einer Breitstreckwalze
und einer Spannwalze oder gleichzeitig die Funktionen einer Spannwalze
und einer Regelwalze erfüllt
sind.
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Um
auftretende statische Belastungen sowie unerwünschte Schwingungen möglichst
gering zu halten, besitzt die Walze vorzugsweise einen Außendurchmesser ≥ 280 mm, insbesondere ≥ 300 mm und vorzugsweise ≥ 320 mm. Gegebenfalls
wird hierdurch ein stabiler Breitstreckeffekt erzielt.
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Insbesondere
zur Erfüllung
der Funktionen einer Breitstreckwalze sind die Aktuatoren vorteilhafterweise
zumindest so verstellbar bzw. ansteuerbar, dass die Walze gekrümmt und
in die Bahn eingeschwenkt ist.
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Insbesondere
zur Erfüllung
der Funktionen einer Leitwalze und/oder einer Regelwalze sind die Aktuatoren
zweckmäßigerweise
zumindest so verstellbar bzw. ansteuerbar, dass eine Durchbiegung der
Walze aufgrund ihres Eigengewichts und/oder aufgrund der Bahnspannung
zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
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Die
Aktuatoren können
in Abhängigkeit
von den verschiedenen Betriebszuständen in den jeweiligen Einbausituationen
verstellbar bzw. ansteuerbar sein. So kann beispielsweise eine Spannwalze über die
Aktuatoren entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen
in der gewünschten Weise
eingestellt werden. Dasselbe gilt auch für die anderen Walzentypen.
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Insbesondere
zur Erfüllung
der Funktionen einer Bahnlaufregelwalze sind die Aktuatoren vorteilhafterweise
auf der Betriebsseite und auf der Führerseite unterschiedlich einstellbar
bzw. ansteuerbar, um eine Schieflage der Walze zu bewirken.
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Es
kann also durch eine getrennte, voneinander unabhängige Einstellung
der Endbereiche der Walze eine weitere Funktion, nämlich die
einer Regulierwalze verwirklicht werden.
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Der
Aktuator ist vorteilhafterweise radial zwischen Stützkernlagerung
und Außenmantellagerung angeordnet.
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Bei
einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze
ist der Aktuator an der Stuhlung abgestützt.
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Wie
bereits erwähnt,
sind die beiden Exzenter vorteilhafterweise gemeinsam und/oder getrennt einstellbar.
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Mit
einer solchen Exzenteranordnung können also die Lage der Krümmungshöhe bzw.
das Ausmaß der
Krümmung
und/oder die Lage der Krümmungsebene
jeweils getrennt oder gemeinsam bzw. simultan eingestellt werden.
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Bezüglich einer
möglichst
momentfreien Lagerung ist es von Vorteil, wenn die sich jeweils
in Radialrichtung erstreckenden Mittenebenen der Stützkernlagerung
und der Außenmantellagerung
zumindest im Wesentlichen zusammenfallen. Vorteilhafterweise ist
also eine fluchtende bzw. symmetrische Anordnung der Stützkernlager
und der Außenmantellager
vorgesehen.
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Eine
bevorzugte praktische Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Walze
zeichnet sich dadurch aus, dass die Stützkernlagerung und die Außenmantellagerung
jeweils nur ein Lager umfassen und dass das Stützkernlager und das Außenmantellager
zumindest im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet
sind.
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Vorteilhafterweise
können
die Stützkernlagerung
und/oder die Außenmantellagerung
auch jeweils zwei oder mehr Lager umfassen.
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Umfasst
die Außenmantellagerung
zwei oder mehr Lager, so fällt
die sich in Radialrichtung erstreckende Mittenebene dieser Außenmantellagerung
zweckmäßigerweise
zumindest im Wesentlichen mit der sich in Radialrichtung erstreckenden Mittenebene
der Stützkernlagerung
zusammen. Ist die Stützkernlagerung
nur durch ein Lager gebildet, so ist dieses Stützkernlager vorzugsweise zumindest im
Wesentlichen in der sich in Radialrichtung erstreckenden Mittenebene
der Außenmantellagerung
angeordnet.
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Grundsätzlich kann
jedoch auch die Stützkernlagerung
zwei oder mehr Lager umfassen. In diesen Fall sind die Lager der
Außenmantellagerung und
die Lager der Stützkernlagerung
vorteilhafterweise bezüglich
einer den beiden Lagerungen gemeinsamen Radialebene jeweils symmetrisch
angeordnet.
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Umfasst
die Stützkernlagerung
zwei oder mehr Lager, so fällt
die sich in Radialrichtung erstreckende Mittenebene dieser Stützkernlagerung zweckmäßigerweise
zumindest im Wesentlichen mit der sich in Radialrichtung erstreckenden
Mittenebene der Außenmantellagerung
zusammen.
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Umfasst
in diesem Fall die Außenmantellagerung
nur ein Lager, so ist dieses Außenmantellager vorteilhafterweise
zumindest im Wesentlichen in der sich in Radialrichtung erstreckenden
Mittenebene der Stützkernlagerung
angeordnet.
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Umfasst
auch die Außenmantellagerung zwei
oder mehr Lager, so sind die Lager der Stützkernlagerung und die Lager
der Außenmantellagerung
vorteilhafterweise bezüglich
einer den beiden Lagerungen gemeinsamen Radialebene jeweils wieder
symmetrisch angeordnet.
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Durch
die entsprechende Anordnung der Lager und/oder des Aktuators ergibt
sich ein sehr steifer Aufbau, der gegenüber Schwingungen besonders unempfindlich
ist. Dennoch auftretende Schwingungen können durch geeignete Dämpfungselemente zumindest
verringert werden. So sind bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform
zwischen Stützkernlagerung
und Außenmantellagerung
Dämpfungsmittel
vorgesehen. Dabei ist in den Hohlraum zwischen Stützkernlagerung
und Außenmantellagerung
vorzugsweise eine zähviskose
Flüssigkeit
eingebracht.
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Es
ist beispielsweise auch denkbar, in dem Bereich zwischen Stützkernlagerung
und Außenmantellagerung
eine Membran vorzusehen.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es von Vorteil, wenn die Walze über schwingungsdämpfende
Elemente an der Stuhlung befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann
sie insbesondere auch über
aktiv dämpfende
Hydraulikelemente an der Stuhlung befestigt sein.
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Bedingt
durch den kleinen Bauraum kann es erforderlich sein, kleine Lager
und bevorzugt Lager einzusetzen, die die Lagerfunktion und eine
winkelkompensierende Funktion in sich vereinen. Bevorzugt umfassen
die Stützkernlagerung
und/oder die Außenmantellagerung
jeweils wenigstens ein winkelkompensierendes Lager.
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Insbesondere
bei größeren Kräften umfassen
die Stützkernlagerung
und/oder die Außenmantellagerung
vorteilhafterweise insbesondere wenigstens ein Kegel-, Zylinder-
oder Tonnenrollenlager, die, da diese keine Winkelverstellung zulassen,
derart gelagert sein müssen,
dass eine Winkelverstellbarkeit von Außenmantelachse und/oder Stützkernachse
gewährleistet
wird.
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Bei
einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze
ist der Stützkern
gemeinsam mit dem Außenmantel
drehbar. Dabei ist der Außenmantel
vorzugsweise drehfest mit dem Stützkern
verbunden.
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Grundsätzlich sind
jedoch beispielsweise auch solche Ausführungen denkbar, bei denen
der Stützkern
um seine Längsachse
nicht drehbar ist.
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Von
Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Stützkern in Axialrichtung betrachtet
eine zumindest abschnittsweise unterschiedliche Querschnittsform besitzt.
Dabei kann der Stützkern
insbesondere zumindest abschnittsweise eine zu seinen Enden hin sich
konisch verjüngende
Querschnittsform aufweisen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Walze
wird der Kraftfluss, der durch den entsprechenden Aufbau und die
auftretenden Belastungen verursacht wird, also möglichst direkt und ohne Hilfskonstruktionen zwischen
den beiden Lagerungen übertragen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
beschrieben; in dieser zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittdarstellung
einer mit erfindungsgemäßen Aktuatoren ausgestatteten
erfindungsgemäßen Walze
mit zugeordneter Stuhlung,
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2 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines einen Doppelexzenter
umfassenden, in der Walze gemäß 1 eingesetzten
erfindungsgemäßen Aktuators
einer erfindungsgemäßen Walze in
der Nullstellung,
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3 eine
schematische Querschnittsdarstellung des einen Doppelexzenter umfassenden
erfindungsgemäßen Aktuators
einer erfindungsgemäßen Walze
in einer eine Maximalauslenkung bewirkenden Einstellung,
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4 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Endes einer erfindungsgemäßen Walze
mit zugeordneter Stützkernlagerung,
Außenmantellagerung
und erfindungsgemäßem Aktuator
mit Schneckengetriebe,
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5 eine
teilweise geschnittene schematische Seitenansicht des Walzenendes
gemäß 4,
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6 eine
vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung eines Endes einer
erfindungsgemäßen Walze
mit zugeordnetem Aktuator im Vergleich zur Außenmantelposition im Bereich
der Bahnmitte bei unterschiedlichen Einstellungen des Aktuators,
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7 eine
schematische Längsschnittdarstellung
eines Endes der erfindungsgemäßen Walze gemäß 1,
wobei die Stütz kernlagerung
und die Außenmantellagerung
jeweils nur ein Lager umfassen,
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8 eine
mit der 7 vergleichbare Darstellung,
wobei jedoch die Stützkernlagerung
zwei Lager umfasst,
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9 eine
mit der 7 vergleichbare Darstellung,
wobei jedoch die Außenmantellagerung zwei
Lager umfasst,
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10 eine
schematische Darstellung einer in Bahnlaufrichtung vor einer weiteren
Walze angeordneten erfindungsgemäßen Walze,
die gleichzeitig die Funktionen mehrer unterschiedlicher Walzentypen
erfüllt,
und
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11 eine
schematische Darstellung, in der zwei Anordnungen b) und c), in
denen jeweils eine die Funktionen mehrerer unterschiedlicher Walzentypen
erfüllende
erfindungsgemäße Walze
in Bahnlaufrichtung vor einer weiteren Walze angeordnet ist, einer
Anordnung a) mit einer herkömmlichen Leitwalze
gegenübergestellt
sind.
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1 zeigt
in schematischer Längsschnittdarstellung
eine Walze 10 mit zugeordneter Stuhlung 12. Diese
Walze 10 ist insbesondere in einer bahnverarbeitenden Maschine,
insbesondere Papiermaschine, einsetzbar. Dabei ist diese Walze vorzugsweise
als Breitstreckwalze, Leitwalze, Regelwalze, insbesondere Bahnlaufregel-
oder eine Art Durchbiegungseinstellwalze und/oder als Spannwalze
einsetzbar. Bevorzugt erfüllt
sie gleichzeitig die Funktionen von wenigstens zwei der genannten
Walzentypen.
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Wie
anhand der 1 zu erkennen ist, umfasst die
Walze 10 einen im Bereich seiner beiden Enden über eine
jeweilige Lagerung 14 abgestützten Stützkern 16 und einen
Außenmantel 18.
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Der
Außenmantel 18 ist
in seinem axial mittleren Bereich 20 relativ zum Stützkern radial 16 unverschiebbar
gelagert und im Bereich seiner beiden Enden über eine jeweilige weitere
Lagerung 22 relativ zum Stützkern 16 radial verstellbar
abgestützt.
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Wie
der 1 entnommen werden kann, liegt die sich in Radialrichtung
erstreckende Mittenebene 26 bzw. 28 sowohl der
Stützkernlagerung 14 als auch
der Außenmantellagerung 22 axial
innerhalb des Außenmantels.
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Im
Bereich seiner beiden Enden ist der Außenmantel 18 jeweils
durch einen innerhalb des Außenmantels 18 angeordneten
Aktuator 30 verstellbar, der radial zwischen Stützkernlagerung 14 und
Außenmantellagerung 22 angeordnet
ist. Dieser Aktuator 30 ist an der Stuhlung 12 abgestützt und
mittels eines weiter unten noch näher zu beschreibenden, ein
Schwenk-, insbesondere Schneckengetriebe 32 umfassenden
Schwenkeinrichtung 68 (vgl. insbesondere 5)
variabel verstellbar.
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In 1 ist überdies
eine über
die Walze 10 geführte
Materialbahn 34 zu erkennen, bei der es sich beispielsweise
um eine Papier-, Karton- oder Tissuebahn handeln kann.
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Diese
Materialbahn 34 bringt über
den entsprechenden Bahnzug eine Gleichlast 36 mit sich, die
lediglich zu einem geringen in die Stuhlung 12 eingeleiteten
Kippmoment führt.
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Ein
jeweiliger Aktuator 30 umfasst zwei ineinander gelagerte
Exzenter 30', 30'', denen jeweils eine Schwenkeinrichtung 68, 70 zugeordnet
ist (vgl. insbesondere auch die 2 bis 5).
Dabei sind die beiden Schwenkeinrichtungen 68, 70 so
ansteuerbar, dass das Ausmaß der
resultierenden Exzentrizität
und die Position dieser resultierenden Exzentrizität vorzugsweise
getrennt voneinander einstellbar sind.
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Die
beiden Schwenkeinrichtungen 68, 70 sind im vorliegenden
Fall konzentrisch gelagert. Sie umfassen jeweils eine mit dem betreffenden
Exzenter 30', 30'' gekoppelte Schwenk- oder Exzenterwelle 44', 44'', wobei, wie am deutlichsten der 5 entnommen
werden kann, diese Schwenkwellen 44', 44'' der
beiden Schwenkeinrichtungen 68, 70 konzentrisch
gelagert sind.
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Die
Exzentrizitäten
der beiden Exzenter 30', 30'' sind zweckmäßigerweise gleich groß.
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Wie
insbesondere wieder anhand der 5 zu erkennen
ist, sind die Schwenkwellen 44', 44'' der beiden
Schwenkeinrichtungen 68, 70 jeweils mit einem
Schneckengetriebe 46', 46'' verbunden, dem eine jeweilige
Schneckenwelle 48', 48'' zugeordnet ist.
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Die
Schneckenwellen 48', 48'' können zweckmäßigerweise mechanisch über ein
schaltbares Getriebe miteinander gekoppelt werden. Dabei können zum
Klemmen des schaltbaren Getriebes in dessen Mittelstellung die Zahnräder für gleichläufige und
gegenläufige
Bewegung gleichzeitig in Eingriff gebracht werden.
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Den
Schneckenwellen 48', 48'' können aber auch getrennte Antriebsmotoren
zugeordnet sein, wobei in diesem Fall die Schneckenwellen 48', 48'' vorzugsweise über eine diesen Antriebsmotoren
zugeordnete elektronische Steuerung miteinander koppelbar sind.
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Der
Aktuator 30 umfasst also zwei ineinander gelagerte Exzenter 30', 30'', die gemeinsam oder getrennt eingestellt
werden können.
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Im
in der 1 dargestellten Zustand ist die Walze gebogen.
Dazu wird durch den die beiden Exzenter umfassenden Aktuator der
Stützkern
verschoben. Die Kraft zum Heben des Stützkerns wird im inneren Exzenter
eingeleitet. Der Außenmantel
wird mit der Kraft gekrümmt
und stützt
sich an den Außenmantellagerungen
ab. Da diese in einer Ebene liegen, entsteht kein Moment. Voraussetzung
dafür sind schwenkbare
Lager.
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Soll
die Walze ihre nicht gebogene Neutralstellung einnehmen, so ist
der Aktuator so zu verstellen, dass die Exzentrizität des inneren
Exzenters um 180° gegenüber der
Exzentrizität
des äußeren Exzenters
versetzt ist.
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Als
Lagerungen sind im vorliegenden Fall beispielsweise Pendelrollenlager
usw. vorgesehen. Wie anhand der 1 zu erkennen
ist, handelt es sich bei der am linken Walzenende vorgesehenen Außenmantellagerung
um ein Loslager und bei der am rechten Walzenende vorgesehenen Außenmantellagerung
um ein Festlager. Die Stützrohrlagerungen
sind jeweils durch ein Loslager gebildet.
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2 zeigt
in schematischer Querschnittsdarstellung den die beiden Exzenter 30', 30'' umfassenden Aktuator 30 in
einer Nullstellung, in der die maximale Exzentrizität des inneren
Exzenters 30' mit der
minimalen Exzentrizität
des äußeren Exzenters 30'' zusammenfällt. Die Achse 38 der
kreiszylindrischen Grenzfläche 40 zwischen
den beiden Exzentern 30', 30'' ist hier also um einen Betrag "e" gegenüber der Achse 42 der
Stützkernlagerung 14 nach oben
verschoben, wodurch sich auch eine entsprechende Positionierung
der Außenmantellagerung 22 und
damit des betreffenden Walzenmantelendes ergibt.
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3 zeigt
eine mit der 2 vergleichbare Darstellung,
wobei im vorliegenden Fall der die beiden Exzenter 30', 30'' umfassende Aktuator 30 jedoch
so eingestellt ist, dass sich eine Maximalauslenkung ergibt. Dabei
fallen die Extremitäten
der beiden Exzenter 30', 30'' zusammen. Entsprechend wird hier die
Achse 38 der kreiszylindrischen Grenzfläche 40 zwischen den
beiden Exzentern 30', 30'' gegenüber der Achse 42 der
Stützkernlagerung 14 um
den Betrag "2e" beispielsweise nach
links verschoben, wodurch sich wieder eine entsprechende Verschiebung der
Außenmantellagerung 22 und
damit des betreffenden Walzenmantelendes ergibt.
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Die
Extremitäten
der beiden Exzenter 30', 30'' sind also, wie bereits erwähnt, gleich
groß.
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4 zeigt
in schematischer Querschnittsdarstellung ein Walzenende mit zugeordneter
Stützkernlagerung 14,
Außenmantellagerung 22 und
den Aktuator 30 mit dem zweifachen Schwenkmechanismus,
d.h. den beiden Schwenkeinrichtungen 68, 70 (vgl.
auch 5) zur Verstellung der beiden Exzentrizitäten 30', 30'' des Aktuators 30.
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Angesichts
des geringen zur Verfügung
stehenden Bauraums werden insbesondere kleine Lagerungen eingesetzt,
vorzugsweise Lager, zum Beispiel Pendellager, die die Lagerfunktion
und die winkelkompensierende Funktion in einem vereinen. Steigen
die Kräfte
weiter, sind vorzugsweise Kegel-, Zylinder- oder Tonnenrollenlager
(auch mehrere) vorgesehen. Diese müssen aber derart gelagert sein,
dass eine Winkelverstellbarkeit der Achse des Außenmantels 18 und/oder
der Achse des Stützkerns 16 gegeben
ist.
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5 zeigt
das Walzenende in teilweise geschnittener schematischer Seitenansicht.
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Wie
den 4 und 5 entnommen werden kann, sind
die beiden Exzenter 30', 30'' jeweils über die Schwenkwelle 44', 44'' der betreffenden Schwenkeinrichtung 68 bzw. 70 mit
dem betreffenden Schneckengetriebe 46', 46'' verbunden,
dem eine jeweilige Schneckenwelle 48', 48'' zugeordnet ist, über die
die beiden Exzenter 30', 30'' gemeinsam oder getrennt drehbar
sind.
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Wie
am besten anhand der 4 zu erkennen ist, erfolgt durch
Verdrehen der Exzenter 30', 30'' eine entsprechende Einstellung
von Exzentrizität
und Position des betreffenden Walzenendes.
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6 zeigt
in vereinfachter schematischer Querschnittsdarstellung ein Walzenende
mit zugeordnetem Aktuator 30 im Vergleich zur Außenmantelposition
im Bereich der Bahnmitte bei unterschiedlichen Einstellungen des
Aktuators 30.
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In
dieser 6 ist die Neutrallinie des Außenmantels 18 mit "50" bezeichnet. Zudem
ist in den verschiedenen Abschnitten a) bis d) neben den beiden
Exzentern 30', 30'' des Aktuators 30 der
Stützkern 16 sowie
der Außenmantel 18 zu
erkennen, wobei mit 18' die
Position des Außenmantels 18 an
einem jeweiligen Walzenende und mit 18'' die
Position des Außenmantels 18 in
der Bahnmitte dargestellt ist.
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Gemäß 6a) sind die beiden Exzenter 30', 30'' so eingestellt, dass die maximale
Krümmung des
Außenmantels 18 nach
unten weist und der Außenmantel 18 im
Bereich der beiden Walzenenden nach oben versetzt ist.
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Gemäß der 6b) sind die beiden Exzenter 30', 30'' so eingestellt, dass die maximale
Krümmung des
Außenmantels 18 nach
oben weist und der Außenmantel 18 an
den Walzenenden nach unten versetzt ist.
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Gemäß 6c) sind die beiden Exzenter 30', 30'' so eingestellt, dass keine Mantelkrümmung auftritt
und der Außenmantel
nach unten versetzt ist.
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Gemäß 6d) sind die beiden Exzenter 30', 30'' so eingestellt, dass sich keine
Mantelkrümmung
ergibt und der Außenmantel 18 nach
oben versetzt ist.
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In
den beiden in den 6c und 6d genannten Fällen steht der Außenmantel 18 ohne
Krümmung
relativ zum Stützkern 16 schräg. Hierdurch kann
mit der Breitstreckwalze auch eine Leitfunktion realisiert werden.
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Selbstverständlich ist
auch denkbar, dass der Außenmantel 18 gleichzeitig
relativ zum Stützkern 16 gekrümmt ist
und gleichzeitig schräg
zum Stützkern 16 steht.
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7 zeigt
in schematischer Längsschnittdarstellung
ein Ende der Walze 10 gemäß 1.
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Dabei
umfassen die Stützkernlagerung 14 und
die Außenmantellagerung 22 jeweils
nur ein Lager. Dabei sind das Stützkernlager
und das Außenmantellager
in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet. Das Außenmantellager
ist größer dimensioniert
als das Stützkernlager.
Dabei fallen die sich jeweils in Radialrichtung erstreckenden Mittenebenen 26 bzw. 28 der
Stützkernlagerung 14 und
der Außenmantellagerung 22 zusammen.
In dieser 7 sind auch wieder der Außenmantel 18,
der Stützkern 16 sowie
der Aktuator 30 zu erkennen.
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Bei
manchen Ausführungen
von Lagern kann es denkbar sein, dass das normalerweise kräftigere
Außenrohrlager
durch kleinere Rollen etc. auf die ca. gleiche Tragfähigkeit
wie die des Innenrohrlagers gebracht wird. Damit haben bei geringer
Krümmung
beide Lager eine etwa gleiche Mindestbelastung wodurch ein Rollen
von Innen- und Außenrohrlager
gegeben ist, d.h. ein die Lager zerstörendes Schieben der Wälzkörper wird
reduziert bzw. weitestgehend unterbunden.
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Es
ergibt sich damit eine günstige
Anordnung, da eine direkte Abstützung
zu einer Verringerung der Belastung an den Zwischenhülsen bzw.
Exzentern führt
und eine sehr steife schwingungsarme Bauweise ermöglicht.
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Diese
Anordnung ist nur realisierbar, wenn der aufgrund des Walzendurchmessers
und der Außenmantellagergröße resultierende
Außendurchmesser
des Stützkernlagers
noch für
Lager mit entsprechenden Tragzahlen möglich ist.
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8 zeigt
eine mit der 7 vergleichbare Darstellung,
wobei im vorliegenden Fall die Stützkernlagerung 14 jedoch
zwei axial beabstandete Lager 14', 14'' umfasst.
Die Außenmantellagerung 22 ist
auch hier wieder nur durch ein Lager gebildet.
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Während das
rechte Lager 14'' der Stützkernlagerung 14 innerhalb
des Außenmantels 18 angeordnet
ist, liegt das linke Lager 14' außerhalb dieses Außenmantels 18.
Die Mittenebene 26 dieser Stützkernlagerung 14 liegt
jedoch eindeutig noch innerhalb des Außenmantels 18. Das
Lager der Außenmantellagerung 22 ist
wieder größer dimensioniert
als die Lager 14', 14'' der Stützkernlagerung 14.
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Wie
anhand der 8 zu erkennen ist, fällt die
sich in Radialrichtung erstreckende Mittenebene 26 der
Stützkernlagerung 14 mit
der sich in Radialrichtung erstreckenden Mittenebene 28 der
Außenmantellagerung 22 zusammen.
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Auch
hier ist der die beiden Exzenter 30', 30'' umfassende
Akutator wieder radial zwischen der die beiden Lager 14', 14'' umfassenden Stützkernlagerung 14 und
der Außenmantellagerung 22 angeordnet.
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Bei
der Verwendung unterschiedlich großer Lager können die axialen Abstände x und
y differieren, um eine Lastverteilung im Verhältnis der Tragfähigkeit
der Lager zu erreichen.
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Bei
einer Schrägstellung
der Walze ist für eine
Momentenfreiheit eine entsprechende Schrägstellung der Lager zu ermöglichen.
Dies kann entweder direkt durch Wahl eines winkeleinstellbaren Lagers
erfolgen oder, wie zum Beispiel bei einer Doppelanordnung erforderlich,
durch eine Fläche
in der Krafteinleitungsebene, die eine Schrägstellung zu lässt, so
wie dies beispielsweise bei einer Kugelfläche der Fall ist.
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Die
in der 8 dargestellte Anordnung des Außenmantellagers 22 kann
auch durch zwei oder mehr Lager verwirklicht werden. Ebenso ist
die Anzahl der Stützkernlager
nicht auf zwei Lager beschränkt.
Die direkte Abstützung
und Verstellung der beispielsweise dargestellten Doppelexzenterlagerung
muss bei Verwendung von zwei oder mehr Lagern pro Drehachse durch
entsprechend kräftig
ausgelegte Lagergehäuse
erfolgen, die intern die Kraft auf zwei oder mehr Lager umleiten
und daher durch ein internes Moment belastet werden.
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9 zeigt
eine mit der 7 vergleichbare Darstellung,
wobei im vorliegenden Fall jedoch die Außenmantellagerung 22 zwei
Lager 22', 22'' umfasst.
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Die
Lager 22', 22'' der Außenmantellagerung 22 sind
im vorliegenden Fall größer dimensioniert
als die wieder nur durch ein Lager gebildete Stützkernlagerung 14.
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Im
vorliegenden Fall liegen sowohl die Stützkernlagerung 14 als
auch die Außenmantellagerung 22 jeweils
vollständig
innerhalb des Außenmantels 18.
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Wie
bereits erwähnt,
umfasst die Stützkernlagerung 14 im
vorliegenden Fall nur ein Lager. Wie anhand der 9 zu
erkennen ist, ist dieses Stützkernlager
in der sich in Radialrichtung erstreckenden Mittenebene 28 der
Außenmantellagerung 22 angeordnet.
Auch hier fällt
also wieder die sich in Radialrichtung erstreckende Mittenebene 28 der
Außenmantellagerung 22 mit
der sich in Radialrichtung erstreckenden Mittenebene 26 der
Stützkernlagerung 14 zusammen.
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Grundsätzlich sind
auch solche Ausführungen
denkbar, bei denen sowohl die Stützkernlagerung 16 als
auch die Außenmantellagerung 22 jeweils
aus zwei oder mehr Lagern zusammengesetzt sind. Solche Bauformen
mit jeweils zwei oder mehr Lagern werden verwendet, um eine höhere Gesamtlagerbelastbarkeit
zu erzielen, und/oder sie werden in dem Fall eingesetzt, dass der
radial zur Verfügung stehende
Bauraum für
eine Anordnung aus radial ineinanderliegenden Lagern nicht ausreicht.
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Der
Stützkern 16 kann
gemeinsam mit dem Außenmantel 18 drehbar
sein. In diesem Fall kann der Außenmantel 18 mit dem
Stützkern 16 drehfest verbunden
sein. Grundsätzlich
sind jedoch auch solche Bauformen denkbar, bei denen der Stützkern 18 nicht
um seine Längsachse
drehbar ist.
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Wie
anhand der 1 zu erkennen ist, kann der
Stützkern 16 in
Axialrichtung betrachtet eine zumindest abschnittsweise unterschiedliche
Querschnittsform besitzen. Im vorliegenden Fall besitzt dieser Stützkern 16 zumindest
abschnittsweise eine sich zu seinen Enden hin konisch verjüngende Querschnittsform.
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10 zeigt
in schematischer Darstellung eine in Bahnlaufrichtung L vor einer
weiteren Walze 58 angeordnete erfindungsgemäße Walze 10,
die gleichzeitig die Funktionen mehrerer unterschiedlicher Walzentypen
erfüllt.
Dabei zeigt der linke Teil der 10 eine
Draufsicht und der rechte Teil dieser 10 eine
Seitenansicht der betreffenden Anordnung.
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Wie
diese 10 zeigt, kann die erfindungsgemäße Walze
gleichzeitig beispielsweise als Breitstreckwalze und gesteuerte
bzw. Regelwalze eingesetzt werden.
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Die
Aktuatoren 30 (vgl. auch die 1 bis 9)
können
also insbesondere zur Erfüllung
der Funktionen einer Breitstreckwalze zumindest so verstellbar bzw.
ansteuerbar sein, dass die Walze gekrümmt und in die Bahn eingeschwenkt
ist, während sie
andererseits insbesondere zur Erfüllung der Funktionen einer
Regel- oder Bahnlaufregelwalze auf der Triebseite und auf der Führerseite
unterschiedlich einstellbar bzw. ansteuerbar sind, um eine Schiefstellung
der Walze zu bewirken. Die beiden Aktuatoren 30 können also
beispielsweise auf der Triebseite und auf der Führerseite so verstellt werden,
dass die Krümmung
konstant bleibt, jedoch die Achse des Stützkerns sich an die gegensinnige
Ansteuerung der Aktuatoren an den beiden Walzenenden verstellt wird.
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11 zeigt
in schematischer Darstellung eine Anordnung a) mit einer herkömmlichen
Leitwalze 60, die in Bahnlaufrichtung L vor einer weiteren Walze 62 angeordnet
ist. Dieser herkömmlichen
Anordnung sind zwei Anordnungen b) und c) gegenübergestellt, in denen jeweils
eine die Funktionen mehrerer unterschiedlicher Walzentypen erfüllende erfindungsgemäße Walze 10 in
Bahnlaufrichtung L vor einer weiteren Walze 64 angeordnet
ist.
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Im
linken Teil der 11 ist der jeweilige Durchhang
der Walzen 10, 60 zu erkennen. In der Mitte der 11 sind
die betreffenden Anordnungen a) bis c) jeweils in einer Seitenansicht
dargestellt. Im rechten Teil der 12 sind
die Anordnungen wieder in Draufsicht dargestellt.
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Wie
anhand der 11 a) zu erkennen ist, ergibt
sich bei der die herkömmliche
Leitwalze umfassenden Anordnung ein durch das Eigengewicht g bedingter Durchhang
sowie ein Bahnzug, wobei das Papier bzw. die Bahn 66 gestaucht
wird.
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Demgegenüber zeigt
die 11 b) eine erfindungsgemäße kompensierte Walze 10 ohne Durchhang,
die hier gleichzeitig beispielsweise die Funktionen einer Leitwalze
sowie einer Regelwalze erfüllt.
Die Aktuatoren 30 (vgl. auch wieder die 1 bis 10)
sind also zumindest auch wieder so verstellbar bzw. ansteuerbar,
dass eine Durchbiegung der Walze 10 aufgrund ihres Eigengewichts
und/oder aufgrund der Bahnspannung zumindest im Wesentlichen kompensiert
wird. Die Walze 10 ist wieder in Bahnlaufrichtung L vor
einer weiteren Walze 62 angeordnet.
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Auch
die 11c) zeigt wieder eine Anordnung, in der eine
die Funktionen mehrerer unterschiedlicher Walzentypen erfüllende erfindungsgemäße Walze 10 in
Bahnlaufrichtung L vor der weiteren Walze 62 angeordnet
ist. Im vorliegenden Fall sind die an den beiden Walzenenden vorgesehenen Aktuatoren 30 (vgl.
wieder die 1 bis 10) so verstellbar
bzw. ansteuerbar, dass mit der Walze 10 gleichzeitig die
Funktionen einer Leitwalze und einer Breitstreckwalze erfüllt sind.
Wie in dieser 11 zu erkennen ist, ergibt sich
im vorliegenden Fall eine Ausbiegung der Walze 10 nach
oben bzw. zur Bahn 66 hin.
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- 10
- Walze
- 12
- Stuhlung
- 14
- Stützkernlagerung
- 14'
- Lager
- 14''
- Lager
- 16
- Stützkern
- 18
- Außenmantel
- 20
- mittlerer
Bereich
- 22
- Außenmantellagerung
- 26
- Mittenebene
der Stützkernlagerung
- 28
- Mittenebene
der Außenmantellagerung
- 30
- Aktuator
- 30'
- Exzenter
- 30''
- Exzenter
- 32
- Schwenkgetriebe,
Schneckengetriebe
- 34
- Materialbahn
- 36
- Gleichlast
- 38
- Achse
- 40
- kreiszylindrische
Grenzfläche
- 42
- Achse
der Stützkernlagerung
- 44'
- Schwenkwelle
- 44''
- Schwenkwelle
- 46'
- Schneckengetriebe
- 46''
- Schneckengetriebe
- 48'
- Schneckenwelle
- 48''
- Schneckenwelle
- 50
- Neutrallinie
des Außenmantels
- 52
- Presswalzenpaar
- 54
- Leitwalze
- 56
- Breitstreckwalze
- 58
- weitere
Walze
- 60
- Leitwalze
- 62
- Walze
- 64
- Walze
- 66
- Bahn
- 68
- Schwenkeinrichtung
- 70
- Schwenkeinrichtung
- L
- Bahnlaufrichtung