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Papiermaschinenwalze mit profilregelbarem Mantel.
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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Papiermaschinenwalze mit
regelbarem Durchbiegungsprofil, insbesondere Pressenwalze, Kalanderwalze oder Streichmassenzuteilwalze,
die hauptsächlich aus einem zylinderförmigen Mantel besteht, dessen Gesamtwanddicke
in bezug auf die den Mantel quetschende Belastung des an der Walze gebildeten Pressenspaltes
genügend groß ist.
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In Papiermaschinen werden mehrere Walzen verwendet, die mit einer
Gegenwalze einen entwässernden Pressenspalt, Ausgleichsspalt oder Kalanderspalt
bilden. Bei diesen Einsatzzwecken ist wichtig, daß die Verteilung des Liniendruckes
des Pressenspaltes, d. h. das Profil in Axialrichtung der Walzen konstant bleibt
oder daß sich dieses Profil dem Bedarf entsprechend regeln läßt, z. B. um das Feuchtigkeitsprofil
und/ oder Dickenprofil in Querrichtung der Bahn zu beherrschen.
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Für diesen Zweck sind verschiedene durchbiegungsgeregelte oder durchbiegungskompensierte
Walzen bekannt, mit denen angestrebt wird, die Liniendruckverteilung des Pressenspaltes
zu beeinflussen, Bezüglich des technischen Standes genannter Walzen wird als Beispiel
auf folgende Patentschriften hingewiesen:
SE-227 177, US-3 119 324
und US-4 089 094. Das genannte SE-Patent stellt eine sog. Küsters-Walze vor, die
aus einer stationären Mittelwelle, einem um diese rotierenden Walzenmantel und einem
zwischen genannter Welle und dem Wellenmantel angebrachten Belastungsschuhsystem
besteht, in dem sich in Axialrichtung der Walze mehrere nebeneinander befindliche,
gegen die Innenfläche des Walzenmantels liegende Gleitschuhe befinden, mit denen
durch Regelung deren Belastungsdruckes auf die Form des rotierenden Mantels und
damit auf das Pressenspaltprofil eingewirkt werden kann. Eine Walze ähnlicher Art
ist in dem genannten US-Patent 3 119 324 (Anmelderin Beloit Iron Works) beschrieben.
Im genannten US-Patent 4 089 094 wird eine Lösung der Anmelderin für eine durchbiegungskompensierte
Walze vorgestellt, bei der eine Kombination aus einem Gleitschuh und einer mit Druckmedium
belasteten Kammer angewendet wird.
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Außerdem sind durchbiegungsgeregelte Walzen bekannt, bei denen im
Raum zwischen der stationären Walzenwelle und dem rotierenden Walzenmantel in Axialrichtung
mehrere nebeneinander befindliche mit Druckmedium belastbare Kammern angebracht
sind, in denen das Druckmedium direkt gegen die Innenfläche des Walzenmantels wirkt.
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Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen inner- und/ oder außerhalb
der Walze entweder auf Heizflüssigkeit oder induktive Heizung beruhende Heizvorrichtungen
angebracht sind, mit denen durch Einwirkung auf die axiale Temperaturverteilung
des Walzenmantels die Axialverteilung der Walzendurchmesser geregelt und damit z.
B. das Druckprofil der von Kalanderwalzen gebildeten Pressenspalte geregelt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die im vorstehenden
genannten durchbiegungskompensierten Papiermaschinenwalzen weiter zu entwickeln.
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Als Problem bei den betreffenden durchbiegungskompensierten oder
-geregelten Papiermaschinenwalzen erkannte die Anmelderin die axiale Steifigkeit
des Mantels. Der Walzenmantel muß gegen die von der Spaltbelastung verursachte "Quetschung"
sehr steif sein, was anstrebt, dem Walzenmantel im Querschnitt hauptsächlich die
Form einer Ellipse zu geben.
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Die genannte Steif igkeitsforderung hat verursacht, daß der Walzenmantel
bei Verwendung von bekannten Lösungen auch in Längsrichtung verhältnismäßig steif
wird. Das führte wiederum zu dem Nachteil, daß sich das Axialprofil des Mantels
häufig nicht mit ausreichend großer Steigung und genügend kleinem axialem Änderungsintervall
regeln läßt, weil der in Längsrichtung steife Mantel nicht mehr als eine bestimmte
Manteldurchmesserveränderung je axiale Längeneinheit des Mantels zuläßt.
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Der im vorstehenden gestreifte Nachteil wurde in letzter Zeit immer
mehr durch den Übergang von Walzen mit Belastungsschuhen und -kammern auf auf Beheizung
und/oder Kühlung beruhende Profilregelung des Mantels versucht zu verringern.
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Die letztgenannten Regelungslösungen haben jedoch ihre eigenen Nachteile,
wie z. B. die Wärmeleitung von dem Heizungsbereich nach den Seiten des Mantels hin
und die dadurch verursachten unerwünschten Manteldurchmesserveränderungen.
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Außerdem beeinflussen die am Temperaturprofil verursachten Veränderungen
häufig auch das Feuchtigkeitsprofil der Bahn in unbeherrschter Weise. Die außenseitig
am Walzenmantel anzubringenden Heizvorrichtungen nehmen häufig viel Platz in Anspruch,
an dem es oft fehlt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Lösung der im vorstehenden
behandelten Probleme vor derart, daß sich die durchbiegungsgeregelten Walzen oder
dergleichen auf einfachere Weise mit weniger Platz fordernden und/oder billigeren
Lösungen als bisher ausführen lassen.
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Zur Erreichung der im vorstehenden beschriebenen und später deutlich
werdenden Ziele ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß zur
Steigerung der Schärfe und Genauigkeit der Regelung des axialen Profils des von
genannter Walze gebildeten Pressenspaltes die axiale Biegungssteifigkeit genannten
Walzenmantels im Vergleich zur Biegungssteifigkeit eines entsprechenden Walzenmantels
aus Vollmaterial oder -materialien mit Hilfe von an dem Mantel angebrachten, hauptsächlich
in radialer Ebene verlaufenden Schwächungsrillen, Zwischenräumen, Schwächungshohlräumen
oder dergleichen wesentlich verkleinert ist.
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Der erfindungsgemäße Walzenmantel verändert in seiner Axialrichtung
das Durchmesseränderungsprofil bedeutend sensibler als bisher, womit eine ausreichend
genaue und genügend scharfe axiale Außenprofilregelung des Walzenmantels gewährleistet
wird. Trotzdem kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Mantels die bisherige Steifigkeit
des Walzenmantels bezüglich der diesen quetschenden Belastungen im wesentlichen
beibehalten werden.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf einige in den Figuren
der beigefügten zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele, auf deren Einzelheiten
die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben.
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Fig. 1A zeigt als schematischen Axialschnitt eine der Erfindung zugrunde
liegende durchbiegungskompensierte Walze.
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Fig. 1B zeigt das gleiche wie Fig. 1A teilweise als Schnittbild in
Richtung der Gleitschuhanordnung gesehen.
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Fig. 2 zeigt einen in Radialebene gelegten Schnitt einer erfindungsgemäßen
Walze.
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Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 eingetragenen Schnitt III-III.
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In Fig. 4 sind vier verschiedene prinzipielle Ausführungen A, B,
C und D eines erfindungsgemäßen Walzenmantels gezeigt.
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Fig. 5 zeigt einen radialen Senkrechtschnitt eines erfindungsgemäßen
Walzenmantels, der von einer Gleitschuhreihe belastet wird.
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Fig. 6 zeigt den in Fig. 5 eingetragenen Schnitt VI-VI.
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Fig. 7 verdeutlicht ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen
Walzenmantels.
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Fig. 8 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Walzenmantels.
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Fig. 9 zeigt einen erfindungsgemäßen, aus einem Stück gebildeten
Walzenmantel.
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Nach Fig. lA und 1B wird die durchbiegungsgeregelte Walze 10 aus
einer massiven und stationären Walzenwelle 11 gebildet, die an ihren Wellennaben
15a und 15b abgestützt wird. Der rotierende Walzenmantel 12 ist auf den Wellennaben
15a und 15b mit Lagern 14a und 14b drehbar gelagert. Der Walzenmantel 12 hat eine
glatte Außenfläche 12' und eine Innenfläche 12". Der Walzenmantel 12 ist eine Spezialkonstruktion,
die weiter unten beschrieben wird. Zwischen der stationären Welle 11 und der Innenfläche
12" des Walzenmantels 12 befindet sich ein Zwischenraum 16. Im Zwischenraum 16 arbeiten
mögliche Belastungsvorrichtungen 18 des Walzenmantels, von denen in Axialrichtung
der Walze mehrere nebeneinander vorhanden sind. In jede Belastungsvorrichtung wird
durch
einen Kanal 19 eine bezüglich des Druckes getrennt regelbare Flüssigkeit, wie z.
B. Hydrauliköl, geleitet. In an sich bekannter Weise war der Walzenmantel 12 aus
einem Stück und seine dicke H0 war verhältnismäßig groß derart, daß der Walzenmantel
12 in senkrechter Richtung zur Hauptebene der durch den Pressenspalt laufenden Bahn,
d. h. entgegen der Quetschung des Walzenmantels, genügend große Festigkeit erhielt.
Dies hat, wie gesagt, verursacht, daß der Walzenmantel, der seitens der Regelung
ein genügend "steiles" Mantelprofil hatte, in Längsrichtung der Walze eine viel
zu große Steifigkeit besaß.
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Nach Fig. 2 und 3 ist der Walzenmantel 12 aus zwei zylinderförmigen
Teilen zusammengesetzt, nämlich einem Außenmantel 20, der ein einheitlicher Plattenmantel
ist, und einem in diesem befindlichen Innenmantel 21. Die axiale (später als längsgerichtet
bezeichnet) Biegefestigkeit des aus den Teilen 20, 21 gebildeten Mantels 12 wurde
wesentlich verringert, indem der Innenmantel 21, der wesentlich dicker ist als der
Außenmantel 20, mit ringförmigen Rillen 23 oder ähnlichen Spiralrillen versehen
wurde, die sich deutlich über die Hälfte der Dicke von Mantel 21 hinaus erstrecken.
Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Schwächungsrillen 23 sind außerdem zur Unterbringung
von Heizkabeln 24 genutzt, die über Verbindungskabel 41 an eine Stromquelle 40 angeschlossen
sind.
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Die Kabelschichten 24 jeder Rille 23 sind getrennt heizbar ausgeführt.
Mit dem in den Rillen 23 angeordneten Kabel 24 kann jede Stelle von Mantel 12 mit
passend geregelter Leistung beheizt werden derart, daß aufgrund der im vorstehenden
beschriebenen Temperaturprofilregelung die Durchmesser des Walzenmantels 12 geändert
und damit das Druckprofil des von der Walze gebildeten Pressenspaltes (nicht gezeigt)
geregelt werden kann. Wenn erfindungsgemäß mit Hilfe der Rillen 23 die längsgerichtete
Steifigkeit des Walzenmantels 12 wesentlich verringert ist, kann die Regelung des
axialen Durchmes-
serprofils genügend steil erfolgen. Nach Fig.
2 und 3 sind die genannten Schwächungsrillen 23 zusätzlich auf neue Weise als Unterbringungsraum
für Heizkabel 23 oder entsprechende Durchflußrohre einer Heizflüssigkeit genutzt.
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In Fig. 4 sind schematisch vier verschiedene Ausführungsbeispiele
für einen erfindungsgemäßen in Längsrichtung der Walze geschwächten Walzenmantel
12 dargestellt, der jedoch bezüglich der den Walzenmantel quetschenden Belastungen
eine Festigkeit von im wesentlichen ursprünglicher Größe besitzt.
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Nach Fig. 4A entspricht der Walzenmantel 12 dem in Fig.
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2 und 3 dargestellten und besitzt einen Außenmantel 20 und einen mit
Ring- und Spiralrillen 23 versehenen Innenmantel.
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Die Außenfläche 12' des Walzenmantels 12 bildet die glatte Außenfläche
des Außenmantels 20 und die Innenfläche 12" die Innenfläche des Mantelteils 21.
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Nach Fig. 4B besteht der Mantel 12 aus einem dünneren Innenmantel
17 und einem darauf befindlichen, mit ringförmigen Rillen 23 oder ähnlichen Spiralrillen
versehenen stärkeren Außenmantel 21, dessen glatte Außenfläche die Außenfläche 12'
von Mantel 12 bildet.
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Nach Fig. 4C wird der Mantel 12 aus zwei einheitlichen dünnen Zylindermänteln,
nämlich dem Außenmantel 20 und dem Innenmantel 17, gebildet, zwischen denen einen
Zwischenmantel bildende Ringe 21' angebracht sind, zwischen deren senkrechten Seiten
ringförmige Räume 123 verbleiben.
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Nach Fig. 4D wird der Mantel 12 aus einem einheitlichen Außenmantel
20 und mehreren innerhalb von diesem angebrachten nebeneinander liegenden Ringteilen
21' gebildet, zwischen denen Zwischenräume 123 vorhanden sind, wobei der Innenmantel
völlig fehlt.
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Die im vorstehenden beschriebenen einzelnen Mantelteile können aus
verschiedenen Materialien bestehen derart, daß am teuersten Material z. B. derart
gespart werden kann, daß zur der Außenmantel 20 aus korrosionsbeständigem Material
besteht.
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In Fig. 5 und 6 ist eine Variation der Erfindung gezeigt, bei der
innerhalb des Walzenmantels 12 eine Reihe'von Belastungsschuhen verwendet wird.
Der Walzenmantel 12 entspricht dem im vorstehenden beschriebenen Mantel, der aus
einem einheitlichen Außenmantel 20 und einem mit Schwächungsrillen 23 versehenen
wesentlich stärkeren Innenmantel 21 besteht. Zwischen den gegen die glatte Innenfläche
12" des Mantels 12 arbeitenden Gleitflächen der Belastungsschuhe 29 und der Innenfläche
12" bilden sich geschmierte Gleitflächen 30. Jeder Belastungsschuh 29 wird von einem
in einer Zylinderbohrung 26 befindlichen Kolben 25 über ein Kugelgelenk 28 belastet.
In den Zylinderbohrungen 26 befinden sich Ringdichtungen 27 in einer Rille der Bohrung
26. In die Bohrungen 26 führen Eintrittskanäle 26' für die Druckflüssigkeit.
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Durch Regelung des Belastungsdruckes der Kolben 25 und Anwendung der
erfindungsgemäßen "geschwächten" Mantelkonstruktion 12 erhalten die Veränderungen
der Durchmesser D der Walze 10 bezüglich der Profilregelung die genügende Steigung
Im folgenden sind die Variationsgrößen der in Fig. 6 eingetragenen Maße für typische
Ausführungen angegeben.
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Dicke des Außenmantels 20 A = 2-20 mm, Axialteilung der Schwächungsrillen
23 B = 20-200 mm, Bodenmaterialstärke der Rillen 23 C = 2-20 mm, Dicke des geschwächten
Innenmantels 21 H = 10-100 mm,
Breite der Rillen 23 E = 5-50 mm.
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Von den im vorstehenden angegebenen Maßen bestimmen insbesondere
die Bodenmaterialstärke C und die Dicke A des Außenmantels die axiale Biegungssteifigkeit
des erfindungsgemäß geschwächten Mantels 12.
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Das Charakteristische der Erfindung besteht darin, daß die längsgerichtete
Biegungssteifigkeit des im vorstehenden beschriebenen Mantels 12 durch Rillen 23,
223, Zwischenräume 123 oder ähnliche Hohlräume 323 im Vergleich zur axialen Biegungssteifigkeit
eines aus Vollmaterial bestehenden Mantels wesentlich, wenigstens um ca. 25 %, im
allgemeinen um ca. 50 %, gelegentlich sogar um fast 100 % geschwächt worden ist.
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Durch diese Schwächung der Steifigkeit wird die Möglichkeit einer
genügend scharfen Walzenprofilregelung erzielt. Die meisten Ausführungen der Erfindung
liegen in einem Bereich, in dem der genannte Schwächungsprozeß bei 40-90 %, zweckmäßig
60-80 % liegt. Es ist nochmals zu betonen, daß die Steifigkeit des Walzenmantels
12 gegen die quetschenden Spaltbelastungen trotz der erfindungsgemäßen Schwächung
im wesentlichen erhalten geblieben ist oder sich nur in unwesentlichem Maße verringert
hat.
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In Fig. 7 ist eine Art der Montage des Außenmantels 20 auf den Innenmantel
21 verdeutlicht. Bei dieser Montage werden die ringförmigen Rillen 23 des Innenmantels
21 ausgenutzt, in welche durch Löcher 35 Drucköl (Pfeil 0) geführt wird derart,
daß sich der Außenmantel 20 zwischen den Dichtungsringen 32 und 33 ausdehnt, wobei
sich der Außenmantel 20 durch Drücken mit genügender Kraft in Richtung des Pfeiles
F gegen den um den Außenmantel herumgeschweißten Montagering 31 über den Innenmantel
21 schieben läßt. Mit fortschreitendem Aufschieben von Außenmantel 20 auf den Innenmantel
21 wird die Druckölbelastung in die Rillen 23 gegeben. Das Ende des
Mantels
20, an dem sich der Montagering befindet, ist mit einer Aussparung 34 versehen,
um die Montage zu erleichtern.
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Bei der Montage der Mantelteile können in an sich bekannter Weise
auch die Wärmedehnungen der einzelnen Teile und in den Verbindungen der Mantelteile
nach dem Ausgleich von Temperaturdifferenzen entstehende an sich bekannte Schrumpfverbindungen
verwendet werden.
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Fig. 8 und 9 sollen einige Variationsmöglichkeiten der Erfindung
aufzeigen. Nach Fig. 8 wird der Walzenmantel 12 aus einem einheitlichen Außenmantel
20 und einem stärkeren Innenmantel 21 gebildet, in dem sich spezielle Rillen 223
befinden, die aus einem weiteren, z. B. im Querschnitt runden Innenteil 224 und
einem engeren Mundstück 225 bestehen.
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In Fig. 9 ist ein erfindungsgemäßer Mantel 12 gezeigt, der aus einem
Stück, z. B. aus Gußeisen besteht. Als Schwächungen des Mantels 12 dienen Hohlräume
323, die in an sich bekannter Weise in der Gußphase hergestellt werden. Nach Fig.
9 sind die Ringhohlräume 323 völlig geschlossen, aber es sind auch offene Schwächungshohlräume
möglich.
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Die im vorstehenden beschriebenen Außenmäntel 20 sind als einheitliche,
verhältnismäßig dünne Plattenmäntel dargestellt, die eine glatte Außenfläche 12'
haben. Die Plattenmäntel können jedoch bei Bedarf auch gerillt sein oder mit einem
anderen Außent-eil, wie z. B. mit einer elastischen Beschichtung versehen sein.
Außer dem Plattenmantel 20 oder anstelle von diesem können auch an sich bekannte,
durch Aufwickeln von Profilband hergestellte entweder gerillte oder glatte Mäntel
verwendet werden, die z. B. mit Hilfe der von der Anmelderin entwickelten sog. G-Technik
hergestellt werden können.