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Titel: Anordnung zur kontinuierlichen Beeinflussung der Biegelinie
von zwischen zwei Auflagern angeordneten länglichen Körpern.
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Anordnung zur kontinuierlichen Beeinflussung der Biegelinie von zwischen
zwei Auflagern angeordneten länglichen Körpern.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Beeinflussung
der Biegelinie von zwischen zwei Auflagern axial verschiebbar angeordneten länglichen
Körpern, z.B-.
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Wellen, Hohlwalzen, Linealen, Abstreifern od.dgl. mit Einrichtungen
zur Einleitung von Querkräften.
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Bekanntlich unterliegen längliche, an ihren axialen Enden abgestützte
Körper entsprechend ihrem Widerstandsmoment und ihrer Elastizität einer gewissen
Durchbiegung.
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Diese Durchbiegung ist in vielen Fällen unerwünscht, insbesondere
bei Druck- oder Prägewalzen, Kalanderwalzen, transversal bewegbaren Abstreifern
oder Beschichtungskörpern.
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man hat schon versucht, die die Durchbiegung durch entsprechende Verteilung
der Trägheits- und Widerstandsmomente, d.h. durch eine entsprechende Formgebung
der Walzen oder sonstigen Körper zu vermeiden0 Dies ist jedoch einerseits kostspielig
und andererseits in vielen Fällen nicht zu verwirklichen. Insbesondere ergeben sich
relativ hohe Eigengewichte des Körpers, die in der Regel ebenfalls unerwünscht sind.
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Ferner hat man bereits vorgeschlagen, um diese unerwünschte Durchbiegung
zu vermeiden oder zumindest weitgehendst zu vermindern, an den Achsenden des Körpers
durch Einleiten einer Querkraft ein dem Biegemoment des Eigengewichtes des Körpers
und der äußeren Belastung entsprechendes Gegenbisgemoment zu erzeugen.
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Die einfachste Art, ein Gegenbiegemoment einzuleiten, ist die doppelte
starre Lagerung. Hierbei kann jedoch das Gegenbiegemoment durch die Einflüsse des
Lagerspiels und die Elastizitäten an der Lagerung nicht genau eingestellt werden
(unbestimmte Lagerung).
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Eine bekannte Anordnung an hohlen Druckwalzen (DT-AS 1 292 957) besteht
darin, daß zum Ausüben eines Gegen biegemoments an den Enden des Walzenmantels Druckorgane
lotrecht- zur Achse einer durch die Walze hindurchgehenden Zelle vorgesehen sind,
wobei zwischen den Enden des mantels und der Welle ein Spielraum vorhanden ist.
Diese Ausführung beseitigt zwar unerwünschte Durchbiegungen, ist aber nicht für
axiale Verschiebungen der Walze geeignet. Darüber hinaus ergeben sich auch Schwierigkeiten
bei der montage und Demontage, die gerade bei Druckmaschinen häufig vorgenommen
werden muß. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufga-be zugrunde, eine Anordnung
zu schaffen,
mit der die Biegelinie kontinuierlich durch ein Einleiten
von uerkiäften beeinflußbar ist, wobei in der Regel die Durchbiegung längs des gelagerten
Körpers (z.B. ein-er Hohlwalze) so beeinflußt werden soll, daß eine möglichst konstante
Linienlast erzeugt wird.
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Die vorliegende Erfindung soll insbesondere Anwendung finden bei Hohlwalzen,
z.B. für Druckmaschinen, Bekanntlich unterliegen gerade dünnwandige Rohre einer
besonders starken Durchbiegung, wenn deren Gewicht einen bestimmten Wert nicht überschreiten
darf.
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Ferner kann eine bestimmte Form der Biegelinie dann erwünscht sein,
wenn eine Walze an bestimmten Stellen ihrer Länge stärker auf einer darunter oder
darüber befindlichen Oberfläche aufdrücken soll.
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Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Walze über ihre
axiale Breite unterschiedliche Dicken aufweist.
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Das gleiche Problem liegt auch vor, wenn eine Welle Schleif-oder Fräswerkzeuge
trägt, die eine unterschiedliche Abnutzung aufweisen.
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Die Erfindung wird darin gesehen, daß mindestens einem Auflager ein
am Körper angreifendes, für axiale Verschiebungen geeignetes, als Loslager ausgebildetes
Querkraftlager zugeordnet ist, das gegenüber dem Gehäuse der Auflager relativ beweglich
ist und dass zentral über jedem Querkraftlager eine Einrichtung zur Erzeugung einer
Querkraft angeordnet ist, deren Kraftübertragungsglied gelenkig am Querkraftlager
angreift.
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Soll während des Betriebes eine axiale Verschiebung der Walze möglich
sein, so ist man bestrebt, die axialen Verschiebekr-äfte kleinzuhalten. Dies ist
beispielsweise der Fall bei Zylinderrollenlagern, bei denen die Verschiebung über
einen Lagerring erfolgt, der ohne Borde ausgeführt ist. Jedoch tritt bei zu großer
Schiefstellung der Welle und starrer Anordnung des Außenringes eine Kantenpressung
an den Wälzkörpern auf.
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Die Beweglichkeit- des Querkraftlagers gegenüber dem Gehäuse wird
dadurch verwirklicht, daß an den Stirnflächen der Lagerborde axial nachgiebige im
maschinengestell befestigte Federelemente angreifen.
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Die bewegliche Zuordnung von Kraftübertragungsglied und Lageraußenring
zum Lagergehäuse ermöglicht eine momentenfreie
Querkrafteinleitung
in die Welle, abgesehen von kleinen Zusatzmomenten, die infolge von Reibungskräften,
Fertigungsungenauigkeiten und Federwirkungen auftreten können, aber so gering sind,
daß sie vernachläßigt werden können, unabhängig davon, ob das Querkraftlager' und
die von diesem umgebene Welle einer gewissen Durchbiegung unterliegt oder nicht.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer
Querkraft aus einem kontinuierlich betätigbaren hydraulischen, pneumatischen, mechanischen
oder elektrisch betätigbaren Stempel besteht, der an einer zylindrischen oder sphärischen
Fläche des Querkraftlagers angreift.
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Um eine genaue Regelung der Form der Biegelinie, z.H.
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nach einem vorgegebenen Programm, zu erzielen, ist gemäß der Erfindung
weiter vorgesehen, daß die Einrichtung zur Übertragung einer Querkraft mit einem
Regelkreis verbunden ist, der mit einem auf die Form der resultierenden Biegelinie
des zu lagernden Körpers ansprechenden Signalgeber verbunden ist. Das oder die Signalgeber
können entlang der Drucklinie des Körpers angeordnet sein und über eine an sich
bekannte Auswertungseinrichtung, z.U. eine t)ifferentialsteuereinrichtung mit einem
oder beiden Regelkreisen in Verbindung stehen
Bei Walzenanordnungen
mit großen axialen Auswanderungen der Walzenmitte ist es besonders wichtig, durch
regelbare Querkräfte eine vorgegebene Biegelinie einzuhalten.
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Um etwaige Schwierigkeiten beim Ein- oder Ausbau des Lagergehäuses
zu vermeiden, ist ferner eine Arretierungseinrichtung vorgesehen, die das Querkraftlager
wahlweise mit dem die Lager umgebenden, am maschinengestell befestigten Gehäuse
starr oder federnd verbindet. Diese Arretierungseinrichtung ist in der Lage, die
Federabstützung des Querkraftlagers aufzuheben und in eine starre Abstützung umzuwandeln.
Hierdurch wird eine definierte Zuordnung zwischen dem Querkraftlager und dem es
umgebenden Gehäuse festgelegt.
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Um eine solche Arretierung zu ermöglichen, ist gemaß einer Ausführungsform
nach der Erfindung vorgesehen, daß auf den freien Enden des zu lagern den Körpers
eine axial verschiebbare muffe angeordnet ist, die unter ein fest mit dem zugeordneten
Querkraftlager verbundenes Laqerschild verschiebbar ist. Wird die muffe z.B.
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mittels eines Spindeltriebes oder eines anderen äquivalenten Antriebes
unter das äußere Lagerschild vorgeschoben, so stützt sie das Querkraftlager starr
ab.
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Das Auerkraftlager kann daher zusammen mit dem Lagergehäuse
von
der Welle axial abgezogen werden, ohne daß es bezüglich des Gehäuses eine andere
Anordnung erfährt.
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Eine andere vorteilhafte, auch einfachere Ausführung gemäß der Erfindung
besteht darin, daß die Querkraftlager Lagerschilde aufweisen, auf deren Außenseiten
Ausnehmungen oder Ringnuten vorgesehen sind, in die axial gerichtete Teile von am
maschinengestell befestigten vorgespannten federnden Elementen eingreifen. Mittels
dieser federnden Elemente wird die Umwandlung von einer federnden in eine starre
Abstützung aubmatisch hervorgerufen, sobald die Querkrafteinwirkung auf das Querkraftlager
aufgehoben ist.
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Zur Erleichterung des Ein- und Ausbaues der Lagerung ist schließlich
vorgesehen, daß je ein Auflager und ein Querkraftlager in einem gemeinsamen, sie
umgebenden und am maschinengestell befestigten Gehäuse gehalten sind, das zusammen
mit den Lagern als ein Lagerblock aus dem maschinengestell herauslösbar angeordnet
ist. Es ist hierdurch möglich, die Lageranordnung unabhängig von der Welle vorzujustieren,
als einen rnaschinenblock ein- und auszubauen und auch ohne viel Arbeitsaufwand
seitens weniger erfahrener Bedienungspersonen gegen einen anderen Lagerblock auszutauschen.
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In der¢Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben,
und zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Lagerungmit Querkraftlagern
im Längsschnitt Fig. 2 eine schematische Darstellung der Biegeli nie und der Gegenmomentenwirkung
durch querkräfte Fig. 3 eine Ausführungsform einer Lageranordnung gemäß der Erfindung
im Längsschnitt Fig. 4 eine Ansicht eines Federelementes der Fig. 3 Fig. 5 einen
Querschnitt durch das Federelement gemäß Fig. 4 nach der Linie V - V Fig. 6 eine
andere Ausführungsform einer Lageranordnung im Längsschnitt Fig. 7 eine Ansicht
eines anderen Federelementes gemäß Fig. 6 Fig. 8 einen Querschnitt durch das Federelement
gemäß Fig. 7 nach der Linie VIII - VIII.
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Fig. 1 zeigt eine einfache Form einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
Sie besteht im wesentlichen aus einer Welle 1, die in Auflagern 2 z.B. axial verschiebbar
gelagert ist, einer von der Welle getragenen dünnwandigen Hohlwalze 3, die
beispielsweise
eine Druckwalze in einer Druckmaschine ist, einer Antriebseinrichtung 4, einer die
Antriebseinrichtung 4 und die Welle 1 verbindenden Kupplung 5 und zwei Quer° kraftlagern
6, die der Wirkung von Kraftübertragungsgliedern 7 einer geeigneten Einrichtung
8 zur Erzeugung einer Querkraft ausgesetzt sind.
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Wie die Zeichnung zeigt, sind die Auflager 2 starr im Saschinengestell
9 gehalten, während die gueskraftlager"o lediglich auf der Welle 1 sitzen und keine
unmittelbare Verbindung mit dem taschinengestell 9 haben.
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Die Kraftübertragungsglieder 7 greifen gelenkig an den Querkraftlagern
6 an, was in der Zeichnung durch eine aus einer Kugel- oder Zylinderpfanne gebildeten
Oberfläche 10 und ein kugeliges bzw. zylindrisches Ende 11 der Kraftübertragungsglieder
7 angegeben ist. Durch diese Anordnung wird die Querkraft momentenfrei auf das Querkraftlager
6 übertragen.
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Die die Querkraft erzeugende Einrichtung 8, die pneumatischer, hydraulischer,
elektrischer oder mechanischer Art sein kann, wird von einem Regelkreis 12 gesteuert,
der einen Regler 13 aufweist und mit geeigneten Signalgebern 14 zur Erzeugung einer
Regelgröße verbunden ist, die z.B
an oder in der Walze 3 angeordnet
sein können, und die Form der Biegelinie B oder B'' (Fig. 2) signalisieren. Die
Einrichtung 8 erhält auf diese Weise stets einen gensuen Steuerwert zur Ausübung
einer bestimmten, die Biegelinie beeinflussenden Querkraft Q.
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Fig. 2 zeigt schematisch die durch die gleichmäßige Belastung P der
Welle erzeLgts Biegelinie B. Durch die Einwirkung der Querkräfte Q ergibt sich eine
theoretische Biegelinie B'', die umgekehrt zur Biegelinie B verläuft und eine resultierende
tatsächliche Biegelinie B' ergibt.
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Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit getrennten Baueinheiten für die
Lagerung der Welle 1 und für die uerkraftlager 6 kann beim Zusammenbau zu Schwierigkeiten
führen. Um dies zu vermeiden ist eine ausführung vorgesehen, bei der diese Baueinheiten
zu einem gemeinsamen Block zusammengefaßt sind.
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Eine solche Konstruktion zeigt Fig. 3. Hier sind für solcne Teile,
die mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen gewählt.
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Die die Walze 3 (Fig. 1) tragende Welle 1 ruht auf Zylinderrollenlagern
2, die eine axiale Verschiebung der Welle 1 erlauben. Die Fig. 3 zeigt lediglich
das eine
Der Innenring 15 ist auf die Welle 1 aufgeschrumpft, während
der Außenring 16 in einem Gehäuse 17 gehalten ist, das am Maschinengestell 9 befestigt
ist. Das Cahäuse 17 ist an seinen Enden durch Gehäusedeckel 18, 19 abgeschlossen,
die mittels Schrauben 20,21 am Cahäuse 17 befestigt sind.
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mit axialem Abstand vom Lager 2 ist ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes
Querkraftlager 6 auf der Welle 1, und zwar ebenfalls im Gehäuse 17, jedoch in diesem
frei beweglich angeordnet. Der Außenring 22 des Querkraftlagers 6 ist von einem
Gehäusering 23 umschlossen, an dessen Stirnseite je ein Lagerschild 24, 24' mittels
Schrauben 25 befestigt ist. Der Lagerschild 24 weist eine zentrale Bohrung 26 auf,
deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des inneren Lagerringes 27
des Querkraftlagers 6.
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Jeder Lagerschild weist eine nach außen vorstehende ringförmige Rippe
28 auf, die gegen den inneren Teil 31 einer zugeordneten Ringefeder 29s 30 andrückt.
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Jede Ringfeder besteht, wie die Fig. 3-5 zeigen, aus einem relativ
dickwandigen äußeren Ringteil 32 und einem dünnen inneren Teil 31, der durch radiale
Schlitze 33 geschwächt ist.
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Die Ringfeder 29 ist mittels Schrauben 34 an der innenseite ges Gehäusedeckels
19 befestigt, der an die Ringfeder 30 mittels Schrauben 35 an einer Schulter des
Cahäuses 17 angebracht ist.
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Oberhalb des Querkraftlagers 6 ist ein mit einer Bohrung 36 versehenes
Einsatzstück im Gehäuse 17 eingeschraubt, daß einen lose auf dem Gehäusering 23
ruhenden Druckstempel 38 mit Spiel umschließt. Die Oberfläche 39 dieses Druckstempels
ist kalottenförmigF d.h. ballig ausgebildet. Oberhalb des Druckstempels 38 ist ein
am maschinengestell 9 gehaltender, z.B. hydraulischer Zylinder 40 angeordnet, dessen
Kolben 41 mit dem Druckstempel 38 fluchtet und an diesem angreift.
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In einem hülsenförmigen Ansatz des Gehäusedeckels 19 ist ein Steilgewinde
42 eingeschnitten, in dem ein Hebel 43 geführt ist. Dieser Hebel 43 ist in einer
muffe 44 eingeschraubt, deren dem Querkraftlager 6 zugewandtes Ende 45 schwach konisch
verjüngt ist.
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Im Betrieb wird mittels des Kolbens 41 auf das Querkraftlager 6 momentenfrei
eine Querkraft Q eingeleitet, mit der die Biegelinie B der Welle beeinflußt wird.
Das Querkraftlager 6 steht mit dem Gehäuse 17 nicht in unmittelbarer Verbindung.
Axiale Bewegungen des Außenringes 22
werden von den Ringfedern
30,29 aufgenommen, die zweckmäßig mit Vorspannung eingesetzt sind.
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Anstelle der Hingfedern können selbstverständlich auch andere Federelemente
vorgesehen sein.
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Soll das Gehäuse 17 von der Welle 1 abgezogen werden, so wird zunächst
die muffe 44 durch Verschwenken des Hebels 43 unter den Lagerschild 24 geschoben.
Damit wird diytedernde Abstützung an der Ringfeder 29 arretiers. Nun kann das ganze
Gehäuse 17 als ein Block von der Welle abgezogen werden, ohne daß sich die Einzelteile
innerhalb des Gehäuses versetzen.
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Fig. 6 zeigt eine andere Bauart die von derjenigen gemäß Fig. 3 lediglich
insoweit abweicht, als hier die Lagerschilde 24, die beiderseits des Ouerkraftlagers
angeordnet sind, ringförmige Nuten 46 aufweisen, in die innere axiale Hülsenteile
47 von Ringfedern 48, 49 eingreifen, die wie die Hingfedern 29,30 der Ausfahrung
nach Fig. 3 am Gehäuse befestigt sind.
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Diese Ringfedern 48,49 sind in den Figuren 7 und 8 besonders dargestellt.
Sie bestehen aus einem dickeren äußeren Ringteil 50, einem dünneren hiermit einstückig
verbundenen inneren Ringteil 51 und hieran angesetzten
axialen
Hülsenteilen 47. Die Hülsenteile 47 und der innere Ringteil 51 sind durch radiale
Schlitze 52 geschwäche.
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Diese Ausbildung der Ringfedern 48,49 ersetzt zugleich die muffe 44
nebst Antrieb der Ausführung nach Fig. 3, da die Federn die Lagerschilde 24 in ihrer
Stellung formschlüssig auch darin halten, wenn das Gehäuse 17 abgezogen wird.
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Wie Fig. 8 zeigt, unterliegen die Ringfedern 48,49 ebenfalls einer
gewissen Vorspannung. Sobald die Querkraft u auf das Querkraftlager 6 aufgehoben
ist, bewirken die Federn 48,49 die Arretierung des Lagers selbsttätig.
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Im Betrieb verhält sich diese Ausführung ebenso wie diejenige nach
Fig. 3.