AT505348B1 - Verfahren und vorrichtung zum beseitigen einer nullbelastung eines lagers - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reduzierung einer Nulllast in Verbindung mit einer Lagerung einer rotierenden Walze (1) für eine Faserbahnmaschine, bei dem die Walze (1) in Belastungsrichtung belastet (Q1, Q2) wird, wobei für die Walze (1) eine von der Belastungsrichtung abeichende Belastung (F) mindestens bei einer Bearbeitung im Bereich einer Nulllastgefahr angeordnet wird, wird vorgeschlagen, dass die abweichende belastende Kraft (F) auf ein an der Achse (2) der Walze (1) angeordnetes gesondertes Lager gerichtet wird.

Description

österreichisches Patentamt AT505 348B1 2012-05-15

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BESEITIGEN EINER NULLBELASTUNG EINES LAGERS

[0001] Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Beseitigen einer Nullbelastung eines Lagers, wie zum Beispiel eines Rollen-, Nadel- oder Kugellagers für ein Wälzlager, das aus festen Wälzelementen besteht.

[0002] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens.

[0003] Die EP 1 256 731 A2 betrifft eine Biegeausgleichswalze mit einem Walzenmantel, der im Bereich seiner axialen Enden auf Wälzlagern gelagert ist und parallel zu einer Wirkebene hydraulisch gestützt ist.

[0004] Aus der EP 1 006 235 A2 geht ein Wälzlager einer in einem Walzenständer gelagerten Walze hervor, bei dem unmittelbar neben dem Wälzlager ein hydrostatisches Stützelement vorgesehen ist.

[0005] Bei der Herstellung von Papier, Karton und anderen Faserbahnen werden während der Herstellung unterschiedliche Walzenspalte zwischen den Walzen unter anderem zur Entwässerung, zum Aufträgen von Prozessstoffen und zum Glätten und Polieren einer Produktoberfläche verwendet. Die höchsten Presskräfte treten in Kalandern und Entwässerungspressen auf. Eine Walzenspaltbelastung zwischen Walzen wird mit verschiedenartigen Stellantrieben geregelt und in einigen Situationen ist es möglich, dass die auf die Walze gerichteten Kräfte in der Weise ausgeglichen sind, dass auf die Traglager der Walze so gut wie keine Belastung gerichtet ist und das Lager in einen so genannten Nulllastbereich gelangt. Hiermit ist eine solche Belastungssituation des Lagers gemeint, in der die auf die Wälzelemente des Lagers gerichtete Belastung zu gering ist, um einen wälzenden Kontakt herbeizuführen und das Lager zu gleiten anfängt. Eine Nulllast ist für Lager schädlich, denn ein Gleitkontakt verschleißt die Wälzelemente von Lagern ziemlich schnell. Zum Eliminieren eines Nulllastproblems empfehlen die Lagerhersteller deshalb auch eine Belastung von 1 - 2 % der Tragfähigkeit eines Lagers.

[0006] Die Gefahr, in einen Nulllastbereich zu geraten, tritt meistens bei Kalandern auf. Die Belastung der Lager für die Hauptwalzen eines Kalanders variiert mit den Betriebsverhältnissen des Kalanders. Die Regulierung eines Liniendrucks für einen Kalander wirkt sich auf die Belastung der Lager aus. Wenn die von der Druckkraft erzeugte Kraft in einem vertikalen Walzenwerk und die die Walze von unten anhebende Walzenspaltkraft ausgeglichen sind, entsteht für die Lager keine Belastung. Desgleichen, wenn sich der Liniendruck von beiden Seiten auf die Walze richtet, kann eine Situation entstehen, in der die in verschiedenen Richtungen wirkenden Walzenspaltkräfte und die Zugkraft der Walzenmasse sich ausgleichen. Wälzlager erfordern eine bestimmte Belastung, damit die Rollen oder Kugeln im Lager sich drehen und nicht gleiten würden. Bei der vorstehend beschriebenen Nulllastsituation wird dieses Belastungskriterium nicht erfüllt.

[0007] In einem Mehrfachwalzenkalander tritt eine Nulllast bei einem so genannten Teilwalzenspaltbetrieb auf, wobei nur zwei oder drei Walzen zusammen funktionieren. Das Problem tritt auch bei Softkalandern auf. Um das Nulllastproblem zu beseitigen, wurde der Regelbereich für den Liniendruck des Kalanders eingeschränkt. Bei vertikalen Soft- und Mehrfachwalzenkalandermodellen reduziert die von den Lagerherstellern empfohlene minimale Belastungshöhe erheblich den zur Verfügung stehenden Liniendruckbereich vor allem bei Mattpapiersorten. Der eingeschränkte Betriebsbereich kann wegen des Nulllastproblems sogar 30 % vom Liniendruckbereich des Teilwalzenspaltbetriebs eines Mehrfachwalzenkalanders, der typisch 20.. , 100 kN/m beträgt, ausmachen. Falls der Prozess ansonsten in diesem Bereich noch am Besten funktionieren würde, handelt es sich um ein ernsthaftes Problem. 1 /6 österreichisches Patentamt AT505 348B1 2012-05-15 [0008] Zum Beseitigen oder Reduzieren der Nulllast wurden beim Stand der Technik unter anderem folgende Mittel angewendet: [0009] - Das Walzenwerk konnte schräg montiert werden, wodurch die Seitenschubkomponen te der Belastung die benötigte minimale Belastung für die Lager erzielt; eine derartige Lösung ist in der Veröffentlichung WO 2006/051169 dargestellt.

[0010] - Axiale Belastungsvorrichtung für den Außenringumfang - US 6, 158, 897.

[0011] - Beschichtung von Lagern, um einer Nulllastsituation zu begegnen.

[0012] - Verhindern einer Belastung des Kalanders im Nulllastbereich.

[0013] - Erzeugung von Bremskraft für das Lager mit Öl, das durch das Lager fließt - US 4, 322, 117.

[0014] Eine Montage des Walzenwerks schräg in vertikalen Kalandermodellen erfordert eine neue Planung für das gesamte Walzenwerk und für die Positionierung von Vorrichtungen. Damit eignet sich diese Lösung zumindest nicht für die Anwendung in vorhandenen Kalandern. Sollen vertikale Kalandermodelle aus anderen Gründen weiter Anwendung finden, ist eine schräge Montage keine gute Alternative, da diese zu kostenintensiven Verschiebevorrichtungen für die Walzen führt. Es wurde auch probiert, in Softkalandern eine axiale Belastungsvorrichtung zu verwenden. Die Vorrichtung beseitigt das Problem unter anderem mit zweireihigen balligen Rollenlagern nicht vollständig, denn die Vorrichtung belastet nur einen Rollenkranz, wodurch die Belastung des parallelen Kranzes weiter reduziert wird. Um das Problem des Nulllastbereichs zu reduzieren, stellt die Beschichtung von Lagern eine Alternative dar. Diese beseitigt das Problem jedoch nicht ganz. Eine Beschichtung ist außerdem kostenintensiv und deren Eignung hängt stark von den Abschmierbedingungen ab. Aufgrund der auswechselbaren Walzen müssten alle Walzen mit kostenintensiven beschichteten Lagern ausgerüstet werden.

[0015] Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu erhalten, um das Nulllastproblem in Faserbahnmaschinen zu reduzieren oder sogar vollständig zu beseitigen.

[0016] Die Erfindung beruht darauf, dass die von einer Walze der Faserbahnmaschine zum Lager führende Achse radial und in einer von der Belastungsrichtung abweichenden Richtung belastet wird.

[0017] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Belastungsrichtung wesentlich horizontal; dadurch fällt keine Komponente in Belastungsrichtung an, die bei der Liniendruckberechnung der Maschine berücksichtigt werden müsste.

[0018] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird die zum Lager führende Achse direkt belastet.

[0019] Genauer gesagt ist für das Verfahren nach der Erfindung charakteristisch, was im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 dargestellt ist.

[0020] Für die Vorrichtung nach der Erfindung ist wiederum charakteristisch, was im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 4 dargestellt ist.

[0021] Mit der Erfindung werden bedeutende Vorteile erreicht.

[0022] Mittels der Erfindung können die vom Nulllastproblem verursachten Lagerschäden beseitigt werden. Der Auslastungsgrad der Vorrichtungen verbessert sich und unvorhersehbare Produktionsunterbrechungen werden reduziert. Die Realisierung der Vorrichtung ist einfach und angemessen vorteilhaft und lässt sich an schon vorhandenen Vorrichtungen anwenden. Im vorteilhaftesten Fall übt die Vorrichtung auf die Funktion des Kalanders keine weitere Wirkung aus, als die nachteilige Begrenzung des Betriebsbereichs zu beseitigen. Wenn keine Begrenzung des Betriebsbereichs da ist, kann der Maschinenbediener die Produktion zum Beispiel zum Produzieren der besten Qualität besser optimieren. Der Vorteil der Vorrichtung liegt in deren Einfachheit und dadurch in deren geringem Raumbedarf. Sie benötigt keine gekühlte und abgedichtete Lagerbüchse für die Walzenachse. Die Bewegungen der Walze machen die Vor- 2/6 österreichisches Patentamt AT505 348B1 2012-05-15 richtung nicht kompliziert, denn diese ist nur während des Betriebs an der Walze befestigt, wenn die Walzen sich in gerader Position befinden. Beim Öffnen des Walzenwerks löst sich die Vorrichtung schnell von der Walzenachse.

[0023] Die Erfindung wird nachstehend präziser mittels der beigefügten Zeichnungen erläutert.

[0024] Fig. 1 stellt sinnbildlich die Erfindung von schräg oben dar.

[0025] Fig. 2 stellt sinnbildlich die Erfindung von der Seite dar.

[0026] In Fig. 1 ist eine Walze 1 dargestellt, an deren Ende sich eine Achse 2 befindet. Die Achse 2 ist an einer Lagerbüchse 3 befestigt, die wiederum an einem Lastarm 4 befestigt ist. Die Walze 1, die Achse 2 und die Lagerbüchse 3 bewegen sich vom Lastarm gestützt. Das Beispiel in Fig. 1 kann auch die Walze eines Kalanders sein, die sich im Betrieb ziemlich wenig bewegt, aber sich zum Beispiel bei einer Bahnunterbrechung beim Öffnen der Walzenspalte schnell und eine ziemlich große Strecke bewegt. Die Belastungsvorrichtung nach der Erfindung setzt sich aus einer Lastgabel 5 und einem diese antreibenden Hydraulikzylinder 6 und einem Verschleißring 7 zusammen. Die Belastungsvorrichtung ist im Zusammenhang mit der Achse 2 in der Weise angeordnet, dass die Bewegungs- und Belastungsrichtung des Hydraulikzylinders 6 beim Betrieb des Kalanders in der Horizontalen verläuft. In diesem Fall ist der Zylinder 6 mit Halterungen 10, 11 am Lastarm 4 in der gleichen Richtung wie dieser befestigt. Auf diese Weise verläuft die Bewegungsrichtung des Zylinders in gleicher Richtung mit dem Lastarm. Die Konstruktion der Lastgabel 5 ist deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich. Sie umfasst einen Y-förmigen Gabelkörper 8, dessen Arm am Hydraulikzylinder 6 befestigt ist und an dessen Gabelenden wälzgelagerte Belastungsräder 9 angeordnet sind. An der Position der Lastgabel 8 an der Achse 2 der Walze 1 befindet sich der Verschleißring 7, gegen den sich die Belastungsräder drücken. Der Belastungsring wird aufgrund des Oberflächendrucks bemessen, und als Lebensdauer für den Belastungsring ist ein Walzenwechselintervall ausreichend, da der Ring an der auswechselbaren Walze befestigt bleibt. Die Breite der Belastungsräder und des Verschleißrings kann ca. 100 mm betragen.

[0027] Die Belastungsrichtung sollte möglichst genau in der Horizontalen verlaufen, damit keine auf die Walzenspaltbelastung einwirkende Vertikalbelastungskomponente entsteht. Hierbei muss bei der Berechnung für die Walzenspaltbelastung keine die Nulllast blockierende Belastung berücksichtigt werden. Gleichwohl verursacht bei der heutigen Berechnungskapazität das Hinzufügen irgendeiner Standardbelastung zu der Berechnung der Walzenspaltbelastung keine Schwierigkeiten.

[0028] In Fig. 2 sind die Walzenspaltbelastungen mit Ö! und Q2 und die eine Nulllast blockierende Belastung mit F gekennzeichnet. Außerdem wirken natürlich die Walzenmassen auf die Walzenspaltkräfte und die Lagerkräfte ein. Wenn die vergrößerte Belastungskraft F allerdings in der Horizontalen bzw. hinsichtlich einer vertikalen Belastung in einem Winkel von 90° verläuft, kann die Berechnung der Walzenspaltbelastungen unverändert belassen werden und ist ein Eingriff in die Funktion des Kalanders diesbezüglich nicht nötig. Eine Nulllastsituationsgefahr tritt allgemein nur bei einer vertikalen Belastung auf, aber auch bei Belastungssituationen, die in Richtungen erfolgen, die von der Vertikalen abweichen, können sich die auf die Lagerung gerichteten Kräfte in der Weise summieren, dass eine Nulllastsituation entsteht. Auch in diesen Fällen kann die Erfindung angewendet werden. Auch wenn es am Vorteilhaftesten ist, dass eine Kompensierung der Nulllast hinsichtlich einer vertikalen Belastungskraft erfolgt, ändert eine geringe Abweichung von dieser Richtung ebenfalls kaum die Walzenspaltbelastung. Zum Beispiel wenn bei einer vertikalen Belastung die die Nulllast beseitigende Belastung in einen Bereich zwischen 75 - 105° gesetzt wird, ist der Anteil der vertikalen Komponente ziemlich gering und kann sogar bei der Berechnung der Walzenspaltbelastung außer Acht gelassen werden. Das gleiche trifft auch für andere, als in vertikaler Richtung verlaufende Belastungssituationen zu.

[0029] Die vom Lager benötigte minimale Belastung wird für die Walze 1 mittels der wälzgelagerten Belastungsräder 9 erbracht, welche die Achse 2 der Walze 1 neben der Hauptlager- 3/6

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT505 348B1 2012-05-15 buchse 3 belasten. Die Belastung erfolgt ungefähr horizontal, so dass diese selbst bei der Liniendruckberechnung für den Kalander nicht berücksichtigt werden muss. Die Vorrichtung kann auch für eine Belastung in einer anderen Richtung hergestellt werden, aber dann ist die Belastung bei der Liniendruckberechnung zu berücksichtigen. Eine horizontale Kraft verursacht keine relevante Formänderung für den Walzenspalt, so dass sich diese nicht auf das Liniendruckprofil des Kalanders auswirkt. Die Vorrichtung wird vorteilhaft nur im Nulllastbereich des Kalanders und in der Nähe dieses Bereichs eingeschaltet. Die Vorrichtung eignet sich sowohl für Thermowalzen als auch für Polymerwalzen, da mit dieser keine Walze aus ihrer Position verschoben, sondern nur eine leichte Belastung verursacht wird. Den Walzen wird lediglich ein an die Belastungsräder 9 angedrückter Verschleißring 7 hinzugefügt. Die Vorrichtung erhöht nicht die Walzenwechselzeit, denn sie bleibt beim Walzenwechsel am Kalander befestigt. Die Belastung der Belastungsräder wird zum Beispiel mit einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder mit einem anderen, eine direkte Bewegung bewirkenden Stellantrieb erbracht. Die Vorrichtung weist eine Hebelübersetzung auf, mit der die Zylinderkraft auf das Belastungsrad übertragen wird. Beim Normalbetrieb, bei dem kein Nulllastproblem auftritt, wird die Vorrichtung mittels Zylindern von der Walzenachse abgekoppelt. [0030] Neben den vorstehend dargestellten weist die Erfindung auch noch weitere Ausführungsformen auf. In den anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Belastung mit einem in der Hauptlagerbuchse zu positionierenden Gleitlagerelement erbracht werden. Dieses wird über den Schmierbereich des Hauptlagers abgeschmiert. Eine mögliche Lösung ist eine getrennt wälzgelagerte Lagerbüchse an der Achse der Walze. Bei allen diesen Ausführungsformen ist anstelle einer Schubbelastung die Anwendung einer Zugbelastung denkbar. Eine Lösung, um eine Zugbelastung an der Walze oder an deren Achse anzuordnen, ist ein Kettenoder Riemenglied, das bis zu einer bestimmten Spannung angezogen wird, entweder dauerhaft oder nur für die Dauer der Nulllastgefahr. Die Erfindung lässt sich auch in Verbindung mit Zylindern sowie Lagerungen von anderen rotierenden Maschinenelementen anwenden. Die Belastung kann auch am Ende der Walze im freibleibenden Bereich des Mantels vorgenommen werden, sofern dort ausreichend Platz ist. Patentansprüche 1. Verfahren zur Reduzierung einer Nulllast in Verbindung mit einer Lagerung einer rotierenden Walze (1) für eine Faserbahnmaschine, bei dem die Walze (1) in Belastungsrichtung belastet (Q^ Q2) wird, wobei für die Walze (1) eine von der Belastungsrichtung abweichende Belastung (F) mindestens bei einer Bearbeitung im Bereich einer Nulllastgefahr angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die abweichende belastende Kraft (F) auf ein an der Achse (2) der Walze (1) angeordnetes gesondertes Lager gerichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abweichende Belastung in einem Winkel von 75 -105°, vorzugsweise 90° hinsichtlich der Belastungskräfte von Walzen angeordnet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) eine Walze eines Kalanders, insbesondere eines Mehrfachwalzenspaltkalanders ist.
4. 4. Vorrichtung zur Reduzierung eines Nulllastbereichs eines Lagers für eine zu belastende rotierende Walze (1) in vertikaler Richtung, bei der zur Walze (1) mindestens ein Mantel, eine Trägerachse (2) und ein an der Achse (2) angeordnetes Hauptlager (3) vom Typ eines Wälzlagers gehören, mit mindestens einem Belastungselement (5 - 7) zum Bilden einer von der Belastungsrichtung abweichenden Belastung für die Walze (1), gekennzeichnet durch eine an der Achse (2) angeordnete getrennte Lagerbüchse, welche dafür vorgesehen ist, die Belastungskraft auf die Achse (2) zu übertragen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungselemente (5 - 7) in einem Winkel von 75 - 105°, vorzugsweise 90° hinsichtlich der Belastungskraft angeordnet sind. 4/6 österreichisches Patentamt AT505 348B1 2012-05-15
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungselemente (5 - 7) einen an der Achse (2) angeordneten Belastungsring (7) und einen eine gerade Bewegung bewirkenden Stellantrieb (6) und mit dem Stellantrieb (6) verbundene Belastungsräder (5) umfassen, die mit dem Stellantrieb an den Belastungsring (7) andrückbar sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6