DE4318035A1 - Walze mit Schwingungsdämpfer - Google Patents
Walze mit SchwingungsdämpferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine schwingungsgedämpfte Walze für
Maschinen zur Herstellung oder Behandlung von Faserbahnen,
insbesondere Papierbahnen.
Der Oberbegriff ist aus der Patentschrift DE 36 38 070 A1
bekannt.
Die in dieser Schrift dargestellte Walze ist eine Walze mit
feststehender Zentralachse und einem um diese Zentralachse
rotierenden Walzenmantel, wobei die Zentralachse mit
Flüssigkeit gefüllten und Gas gefüllten Kammern versehen
ist, die in ihrem Zusammenwirken schwingungsdämpfend auf
die gesamte Walze wirken. Die in der oben genannten Schrift
offenbarte Lehre geht zwar in die richtige Richtung, jedoch
sind die gezeigten konstruktiven Lösungen umständlich,
dadurch kostenintensiv und letzten Endes in ihrer Wirkung
nicht ausreichend.
Es hat sich z. B. als ungünstig erwiesen, Dämpfungsglieder
in beide Kammern einzubauen, wie es in den Fig. 1-3 der
oben genannten Schrift dargestellt ist. Auch ist die dort
gezeigte Lage der Dämpfer in den Kammern 7 und 8 nicht
optimal gelöst. Insbesondere muß auch zur Erzielung
optimaler Dämpfung eine bestimmte Kapillarkennzahl
zumindest angenähert eingehalten werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine schwingungsgedämpfte
Walze mit gleichem Wirkungsprinzip zu gestalten, wobei eine
wesentlich höhere Dämpfungswirkung bei gleichzeitig
niedrigeren Herstellkosten und größerer Betriebssicherheit
erzielt werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Der Erfinder hat bezüglich der optimalen Gestaltung einer
schwingungsgedämpften Walze folgendes erkannt.
(1) Die im Anspruch 1 angegebene Auswahl der
Dimensionierung der Kapillarstrecke zwischen der
ersten und zweiten Kammer hat sich aus Versuchen und
daran anschließenden Überlegungen als optimal ergeben
für einen weiten Bereich von Konstruktionsvariablen
wie:
- - Viskosität der Flüssigkeit 30-150 mm²/sec
- - Durchmesser der Zentralachse 300-900 mm
- - Durchmesser der Walze 450-1200 mm
- - Umfangsgeschwindigkeit 300-1800 m/min
- - Walzenlänge 3000-11000 mm
Natürlich ist auch außerhalb dieser Dimensionen noch
eine merkliche Dämpfung spürbar. Überraschend ist
jedoch, daß mit gleicher Dimensionierung der
Kapillarstrecke ein so weiter Bereich von
Konstruktionsvariablen abgedeckt werden kann. Die
Dimensionierung erfolgt anhand einer Kapillarkennzahl
K, die zwischen 2,5 × 10⁷ und 2,5 × 10⁸ liegen soll,
vorzugsweise bei etwa 8 × 10⁷ m-2.
Für röhrchenförmige Kapillaren gilt:
Für röhrchenförmige Kapillaren gilt:
Für parallelwandige Spaltkapillaren gilt:
Dabei bedeuten:
L = Länge der Kapillarstrecke [m]
A = Summe aller Kapillarquerschnitte je 1 m Walzenlänge [m²/m]
d = Durchmesser der Rundkapillaren (m]
s = Spaltweite der Spaltkapillaren (m].
L = Länge der Kapillarstrecke [m]
A = Summe aller Kapillarquerschnitte je 1 m Walzenlänge [m²/m]
d = Durchmesser der Rundkapillaren (m]
s = Spaltweite der Spaltkapillaren (m].
Zur Erreichung dieser gewünschten Kapillarkennzahl
müssen die Maße L, A und s bzw. d optimal aufeinander
abgestimmt sein. Es sind auch Kombinationen von
verschiedenartigen nebeneinander und hintereinander
angeordneten Kapillarstrecken möglich, wichtig ist
nur, daß sie in der Summe oder im Durchschnitt über
die Walzenbreite zu einer äquivalenten
Kapillarkennziffer im genannten Bereich führen.
(2) Weil im Kapillarquerschnitt die
Strömungsgeschwindigkeit groß ist, sind auch die
Beschleunigungen und Verzögerungen der dort strömenden
Flüssigkeit groß, und bei zu großer Länge L der
Kapillarstrecke ergibt sich eine zu starre Kopplung
der Jochmasse an die Mantelmasse. Aus diesem Grunde
ist vorgesehen, die Länge L der Kapillarstrecke klein
zu halten, vorzugsweise unter 30 mm.
(3) Nach dem dritten Erfindungsgedanken wird die Wirkung
des Dämpfers auch bei großen Schwingamplituden dadurch
sichergestellt, daß der Querschnitt der Strömungswege
in der Kapillarstrecke genügend groß gemacht wird,
jedoch nicht so groß, daß der technische Aufwand zu
sehr ansteigt. Zur Erreichung dieses Zieles beträgt
der Strömungsquerschnitt in der Kapillarstrecke
zwischen 0,003 und 0,02 [m²/m].
(4) Der Anspruch 4 geht zurück auf die in Fig. 8 von
DE 36 38 070 gezeigte Anordnung und beseitigt die
darin enthaltenen Nachteile. In dieser Figur wirkt der
Dämpfer 11/70 nur in der gezeigten Lage, nämlich wenn
die Druckkammer 8 unter der Dämpfungskammer 70 liegt.
Dreht man die Zentralachse 1 um 180°, so wird der
Dämpfer unwirksam, weil der freie Ölspiegel in der
Kammer 70 verschwindet. Mit Hilfe der Lehre von
Anspruch 4 gelingt es, das Vorhandensein einer
kompressiblen Gasblase in der Dämpfungskammer
unabhängig von der Orientierung der Kammern um die
Zentralachse im Raum und ohne die Notwendigkeit von
Gas und Flüssigkeit trennenden Kolben oder Membranen
stets aufrechtzuerhalten.
(5) Die als Drosselstrecke ausgebildete Kapillarstrecke
zwischen der Druckkammer (ersten Kammer) und der
Dämpfungskammer (zweiten Kammer) wird aus mehreren
zwischen bandförmigen Lamellen gebildeten parallelen
Schlitzen zusammengesetzt. Dabei erstrecken sich die
Schlitze über die ganze Länge der Dämpfungskammern und
werden allenfalls durch den Lamellenabstand
definierende Stege unterbrochen. Die Weite der
Schlitze liegt zwischen 0,25 und 1,0 mm, vorzugsweise
um 0,5 mm.
(6) Es wird weiterhin bevorzugt, zwei Dämpfungskammern je
Druckkammer anzuordnen, und zwar jeweils 30-60°
geneigt zu beiden Seiten der Preßebene, welche durch
die, die beiden Walzen verbindende Ebene dargestellt
ist. Die Dämpfungskammern erstrecken sich über die
ganze Länge der Druckkammern. Durch die Anordnung von
zwei Dämpfungskammern je Druckkammer etwa in der Mitte
der zwischen der Preßebene und der Längsdichtung
gebildeten Quadranten werden die Strömungswege des Öls
zur Dämpfungskammer hin minimiert.
(7) Dasselbe gilt für die "Entkopplungskammern" auf der
anderen Seite der Zentralachse. Falls die dort
befindliche halbringförmige Kammer mit Öl gefüllt ist,
ist es auch hier vorteilhaft, zwei Kammern mit einem
Abstand von zwischen 30 und 60° zur Preßebene
anzuordnen. Diese Kammern sollen jedoch große
Verbindungsquerschnitte zur halbringförmigen
Rücklaufkammer haben, mit einer Kapillarkennzahl unter
6 × 10⁶ m-2.
(8) Zur Erzielung einer optimalen Entkopplung und
Dämpfungswirkung zwischen Zentralachse und
Walzenmantel ist nach einem weiteren Gedanken
vorgesehen, mindestens in der Nähe der
Entkopplungskammer bzw. der Dämpfungskammer unter
Betriebsbelastung einen genügend großen Spalt s
zwischen Querachse und Walzenmantel vorzusehen, mit
s < 15 mm.
(9) Zur Aufrechterhaltung einer Gasblase in der
Dämpfungskammer, ggf. auch in der Entkopplungskammer,
wird eine kleine Luftmenge kontinuierlich oder
intermittierend zudosiert.
(10) Die Zudosierung zu den Entkopplungskammern, falls
diese auch ohne Membran zur Trennung von Luft und Öl
gebaut sind, kann aus der Dämpfungskammer erfolgen
über eine Verbindungsleitung mit Niveaublenden am Ende
der Dämpfungskammer.
Die Erfindung ist anhand der Fig. 1-4 näher erläutert.
Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Walze entlang einer
Schnittebene I-I in Fig. 4.
Fig. 2A-2E zeigen die Wirksamkeit der Dämpfungskammer in
verschiedenen Winkellagen.
Fig. 3 zeigt eine Dämpfungskammer im Schnitt entlang der
Ebene III-III der Fig. 4.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch die Walze entlang der
Schnittebene IV-IV der Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein hohlzylindrischer Walzenmantel 2 um eine
Zentralachse 1 drehbar gelagert. Etwa in einer
Horizontalebene H-H befinden sich Dichtleistenhalter 3 und
elastisch an den Mantel 2 anpreßbare Dichtleisten 4, die
den Raum zwischen Zentralachse 1 und Walzenmantel 2 in eine
halbringförmige erste Kammer (Druckkammer 7) und eine
dritte, ebenfalls halbringförmige Rücklaufkammer 8 teilen.
Über Zulaufkanäle 5 und Ablaufkanäle 6 kann Flüssigkeit in
die bzw. aus den Kammern gefördert werden. In zwei
Längsschlitzen 9 in der Zentralachse 1 sind zwei
Dämpfungskammern 10 untergebracht. Diese Kammern 10 sind
über je eine Kapillarstrecke 11 mit der Halbringkammer 7
verbunden, und zwar in einem erweiterten Bereich 15 der
Halbringkammer 7. Die Erweiterung bei 15 ist so bemessen,
daß unter Betriebsbedingungen der Abstand der Zentralachse
1 vom Walzenmantel 2 hier größer als 15 mm ist. Im Bereich
der Rücklaufkammer befinden sich in der Zentralachse 1
ebenfalls zwei Längsschlitze 12, in denen je eine
Entkopplungskammer 13 angeordnet ist. Diese
Entkopplungskammer 13 ist mit einem Verbindungsstutzen 14
mit dem Halbringraum 8 verbunden. Die Kammer 13 kann direkt
durch den Schlitz 12 oder, wie gezeigt, durch einen rohr-
oder kastenförmigen Hohlkörper 15 gebildet werden.
Fig. 2A zeigt eine Dämpfungskammer 10 in vergrößertem
Maßstab. Sie besteht aus einem Vierkantrohr 16, in das ein
aus zwei Begrenzungswänden 17 und dazwischen angeordneten
bandförmigen Lamellen 18 bestehendes Kapillarbündel
hineinragt. Die Lamellen 18 werden durch Schrauben oder
Nieten 19 mit Distanzringen 20 zwischen den
Begrenzungswänden 17 positioniert. Die Kammer 10 ist im
Betrieb etwa bis zu dem mit Dreieck markierten Niveau 21
mit Flüssigkeit gefüllt; darüber befindet sich
eingeschlossene Luft, die Volumenänderungen im
Verbundsystem der Kammern 7 und 10, die durch vertikale
Relativbewegungen zwischen der Zentralachse 1 und dem
Walzenmantel 2 bei Vibrationen des Walzenmantels 2
entstehen, elastisch ausgleicht. Die Strömungsverluste der
Flüssigkeit in den Schlitzen zwischen den Lamellen 18, die
bei den genannten Volumenänderungen entstehen, bewirken die
gewünschte Dämpfung.
Die Fig. 2A-2E demonstrieren, daß es bei der gezeigten
Konstruktion der Dämpfungskammer 10 mit nach innen ragenden
Begrenzungswänden 17 in jeder Winkellage der Zentralachse
zur Bildung einer Gasblase 22 in der Kammer 10 kommt.
In Fig. 3 ist das Ende einer Dämpfungskammer 10 mit
Wandung 16 und Begrenzungswänden 17 (vor der Schnittebene)
gezeigt. In der Stirnwand 23 der Kammer 10 ist ein Stopfen
24 eingesetzt, der mit einem Kranz von Bohrungen 25
durchsetzt ist, durch welche Flüssigkeit und Luft in
begrenzter Menge aus der Dämpfungskammer 10 in einen Raum
mit niedrigerem Druckniveau ausströmen können. Die oberste
der Bohrungen 25 bestimmt das Niveau des
Flüssigkeitsspiegels in der Kammer 10 unter der
Voraussetzung, daß laufend eine kleine Luftmenge in die
Kammer 10 injiziert wird.
In Fig. 4 ist wieder die Zentralachse 1, umgeben vom
Walzenmantel 2, zu sehen. Die halbringförmige Druckkammer 7
wird in Richtung 36 von der Druckflüssigkeit durchströmt.
Die Rücklaufkammer 8 wird in umgekehrter Richtung 37 von
der hier entspannten Flüssigkeit durchströmt. Es ist eine
Dämpfungskammer 10 mit einer Wandung 16, Lamellen 18,
Schrauben 19 und Distanzringen 20 zu erkennen. Unten in der
Zentralachse 1 befindet sich eine Ausgleichskammer 13, die
über die Stutzen 14 mit der Rücklaufkammer kommuniziert.
Beide Kammern 10 und 13 sind über eine Verbindungsleitung
32 verbunden. Zur Herstellung dieser Verbindungen sind
Leitungsstücke 30 und 34 sowie Stopfen 31, 33 und 35
erforderlich.
Über eine Bohrungsstrecke 26, 27, 29 mit Stopfen 28 wird
Luft in die Dämpfungskammer 10 injiziert. Diese Luft bildet
eine in den Fig. 2A-2E gezeigte längliche Blase in der
Kammer 10. Am anderen Ende der Kammer 10 entweicht diese
Luft durch eine der Bohrungen 25 im Stopfen 24 und gelangt
über Verbindungsleitungen 30, 32, 34 in die
Entkopplungskammer 13. Diese wird solange mit Luft gefüllt,
bis die Luft bei 38 überläuft und mit dem Rücklauföl den
Halbringraum 8 verläßt. In der Fig. 4 sind die üblichen
Stirndichtungen, die die Kammer 7 an beiden Enden
abdichtet, aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung
nicht gezeigt. Sie sind für die Wirkungsweise des
Schwingungsdämpfers unerheblich. Ebenso ist die seitliche
Lagerung der Zentralachse und des Walzenrohres, die
beispielsweise so wie in der Fig. 1 der DE 36 38 070
dargestellt erfolgen kann, nicht gezeigt.
Claims (11)
1. Walze zur Herstellung oder Behandlung von Faserbahnen,
insbesondere Papierbahnen mit folgenden Merkmalen:
- 1.1 es ist eine feststehende Zentralachse vorgesehen;
- 1.2 es ist ein um die Zentralachse rotierender Walzenmantel vorgesehen;
- 1.3 es ist im Inneren der Walze eine erste Kammer (7) in der Form eines halbringförmigen, zwischen der feststehenden Zentralachse (1) und dem drehbaren Walzenmantel (2) befindlichen Zwischenraum vorgesehen;
- 1.4 die erste Kammer (7) ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine hydraulische Stützkraft von der Zentralachse (1) auf den Walzenmantel (2) übertragen kann;
- 1.5 es ist eine zweite Kammer (10) vorgesehen, die teilweise mit Luft, teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist;
- 1.6 es sind mehrere verengte Kapillarleitungen (11) als Verbindung der ersten Kammer (7) und der zweiten Kammer (10) vorgesehen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarkennzahl (K)
Werte von 2,5 × 10⁷ m-2 bis 2,5 × 10⁸ m-2 besitzt.
2. Walze nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der Kapillarleitungen zwischen der
ersten Kammer (7) und der zweiten Kammer (10) kleiner
als 30 mm ist.
3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Summe aller Kapillarleitungsquerschnitte je Meter
Walzenlänge zwischen 0,005 m² und 0,02 m² liegt.
4. Walze zur Herstellung oder Behandlung von Faserbahnen,
insbesondere Papierbahnen mit folgenden Merkmalen:
- 4.1 es ist eine feststehende Zentralachse vorgesehen;
- 4.2 es ist ein um die Zentralachse rotierender Walzenmantel vorgesehen;
- 4.3 es ist im Inneren der Walze eine erste Kammer (7) in der Form eines halbringförmigen, zwischen der feststehenden Zentralachse (1) und dem drehbaren Walzenmantel (2) befindlichen Zwischenraum vorgesehen;
- 4.4 die erste Kammer (7) ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine hydraulische Stützkraft von der Zentralachse (1) auf den Walzenmantel (2) übertragen kann;
- 4.5 es ist eine zweite Kammer (10) vorgesehen, die teilweise mit Luft, teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist;
- 4.6 es sind mehrere verengte Kapillarleitungen (11) als Verbindung der ersten Kammer (7) und der zweiten Kammer (10) vorgesehen;
- 4.7 die zweite Kammer streckt sich als eine einzige oder eine in mehrere längliche Teilkammern unterteilte Anordnung von Kammern über die überwiegende Länge der Walze; dadurch gekennzeichnet, daß
- 4.8 die Kapillarleitungen sich vom Umfang der Kammer (10) ausgehend gegen deren Mittelachse hin erstrecken.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Kapillarleitungen mehrere zwischen bandförmigen
Lamellen gebildete Spalte von etwa 0,25-1 mm Weite
vorgesehen sind.
6. Walze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß je eine zweite Kammer links und rechts um 30-60°
von der Preßebene entfernt in der Zentralachse
angeordnet ist.
7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sich in einer weiteren dritten halbringförmigen Kammer
(8) zwischen der Zentralachse und dem Walzenmantel je
eine vierte um 30-60° rechts und links von der
Preßebene entfernte, teilweise luftgefüllte
Ausgleichskammer (13) befindet, die über große
Querschnitte mit einer Kapillarkennzahl < 10-7 m-2 mit
einer dritten Kammer verbunden sind.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der zweiten Kammer (10)
und der vierten Kammer (13) der Abstand zwischen
Zentralachse (1) und Walzenmantel (2) unter
Betriebsbedingungen größer als 15 mm ist.
9. Walze nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch
gekennzeichnet, daß in jede zweite Kammer (10)
gegebenfalls auch in jede vierte Kammer (13) während
des Betriebes der Walze eine Injektion von Luft
vorgesehen ist.
10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Luftzufuhr in die vierten Kammern durch
Verbindungsleitungen mit Drosselstellen aus den
zweiten Kammern vorgesehen ist.
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