AT510463A2 - Durchbiegungsausgleichswalze - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine beheizbare und/oder kühlbare Durchbiegungsausgleichswalze (10), die eine Achse (12) beziehungsweise Welle mit einem zylinderförmigen Mittelteil (12c) aufweist, an dessen beiden axialen Enden je ein Achszapfen (12a, 12b) über ein einen Achszapfen umfassendes Flanschteil (12a', 12b') befestigt ist, wobei die Walze einen Mantel (11) umfasst, der das Mittelteil umgibt und der an seinen axialen Enden sich radial nach innen erstreckende Stirnflansche (20a, 20b) aufweist, die um den entsprechenden Achszapfen (12a, 12b) herum angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Achsenmittelteils (12c) oder die Innenfläche des Mantels ( l l ) bombiert ist, sodass die Innenfläche des Walzenmantels unter Belastung im Wesentlichen über ihre gesamte axiale Länge zur Achsenaußenfläche in Kontakt tritt. An der Stirnseite der Walze (10) im Inneren der Walze ist eine das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung (60; 70) angeordnet, die zwischen dem Stirnflansch (20a,20b) und der Achse (12) so wirkt, dass der Mantel ( l l ) und die Achse mit im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit zu rotieren gekoppelt sind.

Description

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GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Durchbiegungsausgleichswalze. Speziell, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung eine in Faserstoffbahn· Herstellungsmaschinen, bevorzugt in Papier*, Karton- und Ausrüstungsmaschinen einzusetzende Leitwalze für ein Metallband.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Faserstoffbahn-Herstellungsmaschinen enthalten eine große Anzahl Walzen, die sich infolge Belastung durchbiegen. Die Durchbiegung beeinträchtigt die Funktion der Maschine und wird deshalb zu reduzieren versucht. Je breiter die Maschine, das heißt je länger die Walze ist, desto schwerwiegender wird das durchbiegungsbedingte Problem. Eine Möglichkeit der Verringerung der Durchbiegung besteht in der Vergrößerung des Durchmessers der Walze, die dadurch steifer wird. Eine Vergrößerung des Walzendurchmessers erhöht jedoch die Walzenherstellungskosten und an vielen Stellen der Maschine ist eine Vergrößerung des Walzendurchmessers aus Platzgründen nicht möglich.

Zum Beispiel in Bandkalandern, etwa Metallbandkalandern, setzt der Prozess eine hohe Spannung des Metallbandes * 100-200 kN/m - und in gewissen Positionen hohe Widerstandsfähigkeit gegen Nipbelastung - 100 kN/m — voraus. Kommt es in einem solchen Bandkalander zum Durchbiegen einer Walze, etwa einer Bandleitwalze oder Thermowalze, so bedeutet das ein nachteiliges Nachlassen der Bandspannung im Mittelbereich der Walze. Das Durchbiegen der Bandleitwalze des Bandkalanders in der Mitte infolge der Belastung des Bandes hat zur Folge, dass das Metallband an den Rändern straff gespannt, in der Mitte aber locker ist, sodass im Walzennip ein ungleichmäßiger Druck herrscht, Die Durchbiegung lässt sich nicht durch Bombierung der Walze kompensieren, da dann Schlupf zwischen dem Metallband und der Bandleitwalze auftreten würde. Schlupf des Metallbandes auf der Oberfläche der Bandleitwalze bedeutet aber Verschleiß des dünnen Metallbandes, sodass sich seine Lebensdauer verkürzt. * · * · 2 : 331T7iabi

Allgemein konnte man bis zu einer Maschinenbreite von etwa 6 Metern die Steifigkeit der Walze durch Erhöhen deren Durchmessers steigern, aber bei größeren Walzenlängen muss die Steifheit der Walze auf andere Weise erhöht werden.

In FI120883B ist eine Durchbiegungsausgleichswalze beschrieben, die als Leitwalze eines Metallbandes verwendet wird. Die Walze hat eine Achse bestehend aus einem zylinderförmigen bombierten Mittelteil und je einem Stirnteil an beiden Stirnseiten des Mittelteils und ist über diese Stirnteile drehbar in Stirnlagern gelagert. Weiter hat die Walze einen auf dem Mittelteil der Achse angeordneten Mantel, der zusammen mit der Achse rotiert und mit seinen Stirnflächen mit Hilfe von Stirnteilen an den Stirnflächen des Walzenmittelteils abgestützt ist.

In FI20075934 ist eine Thermowalze beschrieben, an deren Innenachsen“ Außenfläche und/oder Außenschicht-Innenfläche Strömungsrillen ausgebildet sind.

In FI20075940 ist eine Durchbiegungsausgleichswalze beschrieben. Die Walze hat eine bombierte Achse und einen auf der Achse angeordneten Mantel, der zusammen mit der Achse rotiert. Im Mittelteil der Achse ist ein mit einem Druckmedium zu beaufschlagender Druckraum vorhanden. Wird der Druckraum druckbeaufschlagt, so weitet sich das Mittelteil in radialer Richtung der Achse unter Bildung einer nichtrotierenden (d.h. starren) Verbindung zwischen Achse und Mantel.

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Durchbiegungsausgleichswalze bereitzustellen, bei der die gegenseitige Drehbewegung zwischen Achse und Mantel unterbunden ist. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zum Abdichten des Raums zwischen Achse und Mantel dienende Dichtung der Durchbiegseinstellwalze zu schaffen, die eine radiale Bewegung zwischen Achse und Mantel erlaubt. Eine dritte • · • · 3 : 333rUAab*

Aufgabe der Erfindung besteht in der Senkung des Energieverbrauchs der D urchbie gun gsa us gleichs walze.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird eine Durchbiegungsausgleichswalze bereitgestellt, die beheizbar und/oder kühlbar ist und eine Achse beziehungsweise Welle mit einem zylinderförmigen Mittelteil hat, an dessen beiden axialen Enden je ein Achszapfen über ein einen Achszapfen umfassendes Flanschteil befestigt ist, wobei die Walze einen Mantel umfasst, der das Mittelteil umgibt und der an seinen axialen Enden sich radial nach innen erstreckende Stirnflansche aufweist, die um den entsprechenden Achszapfen herum angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Achsenmittelteils oder die Mantelinnenfläche bombiert ist, sodass die Innenfläche des Walzenmantels unter Belastung im Wesentlichen über ihre gesamte axiale Länge zur Achsenaußenfläche in Kontakt tritt. An der Walzenstirnseite ist im Inneren der Walze eine das Walzendrehmoment übertragende Kupplung angeordnet, die zwischen dem Stirnflansch und der Achse so wirkt, dass der Mantel und die Achse mit im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit zu rotieren gekoppelt sind.

Bevorzugt ist zwischen dem Achszapfen und dem Stirnflansch eine Metallbalgdichtung angeordnet. Die Balgdichtung eignet sich zum Abdichten der bei Betrieb der Walze zwischen Achse und Mantel auftretenden sich radial bewegenden Stelle und ist praktisch verschleißfrei.

Bevorzugt ist die Balgdichtung in zwei Balgteile geteilt, die durch eine Mittelbuchse aneinander gefügt sind, und für den Mittelbereich der Balgdichtung sind im Inneren der Balgdichtung am Achszapfen abgestützte Kugelflächen vorhanden. In der Mittelbuchse kann, von den Kugelflächen getragen, eine Stützbuchse eingesetzt sein. Mit Hilfe der Kugelflächen kann die für die Balgdichtung nachteilige laterale Bewegung vermieden werden. 4 : 33^7/ab*

Bevorzugt umfasst die Balgdichtung wenigstens zwei in Reihe angeordnete Metallbälge in der Form, dass der äußere Metallbalg den inneren Metallbalg umgibt. Auf diese Weise kann die Balgdichtung kompakt gestaltet werden. Die Anzahl der Falten des Balges kann erhöht werden. Außerdem kann die Situation vermieden werden, in der die Ermüdungsfestigkeit der Einzelfalte der Balgdichtung überschritten wird.

Die das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung kann aus einer Lamellenkupplung bestehen, die zwei Lamellenpackungen aufweist, welche über eine Kupplungswelle in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.

Bevorzugt ist am ersten Ende der Lamellenkupplung das erste Lamellenpaket stationär zum Flanschteil befestigt und das zweite Lamellenpaket am gleichen Ende der Walze stationär zum Stirnflansch befestigt.

Bevorzugt umfasst die Walze einen Mitnehmer mit Mitnehmerstiften und das Flanschteil kann Spiel aufweisende Öffnungen für die Mitnehmerstifte haben und das zweite Ende der Lamellenkupplung kann an dem Mitnehmer befestigt werden, dessen Mitnehmerstifte durch die Öffnungen hindurchgeführt sind und am Stirnflansch befestigt werden können.

Bevorzugt umfasst die Walze eine Übertragungswelle, die zwischen dem Flanschteil und dem ersten Ende der Lamellenkupplung befestigt ist.

Die das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung kann an einem oder an beiden Walzenenden eine an den Mantel und die Achse gekoppelte Gelenkarmkupplung umfassen.

Die Gelenkarmkupplung kann in axialer Richtung der Walze zwischen Stirnflansch und Flanschteil angeordnet sein.

Bevorzugt umfasst die Gelenkarmkupplung einen Kupplungskranz und zwei * · 5 » # • * :333rCz/^b

Gelenkarmpaare, die um 90 Grad versetzt zueinander angeordnet sind, wobei das erste Gelenkarmpaar mit den ersten Enden der ersten Gelenkarme an einander entgegengesetzte Seiten des Kupplungskranzes gekoppelt ist und auf das Flanschteil wirkt und das zweite Gelenkarmpaar mit den ersten Enden der zweiten Gelenkarme an einander entgegengesetzte Seiten des Kupplungskranzes gekoppelt ist und auf den Stirnflansch wirkt.

Bevorzugt sind die zweiten Enden der ersten Gelenkarme an einem ersten Ansatz und einem zweiten Ansatz gelagert und diese Ansätze sind an einander entgegengesetzten Rändern des Flansch teils befestigt und die zweiten Enden der zweiten Gelenkarme sind an einem dritten Ansatz und einem vierten Annsatz gelagert, und diese Ansätze sind an einander entgegengesetzten Rändern des Stirnflanschs befestigt.

An der Außenfläche des Mittelteils der Achse können mit Steigungen versehene Rillen für die Heizmedium- und Schmiermittelströmung ausgebildet sein und diese Rillen beginnen und enden in einem kurzen Abstand von der Stirnseite des Mittelteils.

Bevorzugt beträgt die Bombierung des Mittelteils 2 mm und das Spiel zwischen dem Mittelteil und der Mantelinnenfläche am größten Außendurchmesser des Mittelteils 1-5 mm, wobei die relative Bewegung zwischen Stirnflansch und Achszapfen in radialer Richtung ±3 mm - ±7 mm beträgt.

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bzw. wurden lediglich in Verbindung mit einem oder mehreren Gesichtspunkten der Erfindung beschrieben, Für den Fachmann versteht sich, dass jede beliebige Ausführungsform eines Gesichtspunkts der Erfindung unter dem gleichen Gesichtspunkt und unter anderen Gesichtspunkten der Erfindung allein oder kombiniert mit anderen Gesichtspunkten angewandt werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN 6 • * 33ÄlZAab

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

Es zeigen-

Fig. 1 eine Durchbiegungsausgleichswalze;

Fig. 2 und 3 eine Kupplungsanordnung, mit der eine gegenseitige

Drehbewegung zwischen Achse und Mantel verhindert wird;

Fig. 4 eine Dichtung, die eine radiale gegenseitige Bewegung zwischen Achse und Mantel erlaubt;

Fig. 5 und 6 eine Walze, an deren Achsenmittelteil-Außenfläche Rillen ausgebildet sind, durch die der Ölumlauf der Walze verstärkt wird!

Fig. 7 und 8 eine andere Kupplungsanordnung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichartige Teile, Es ist zu beachten, dass die gezeigten Zeichnungen nicht in ihrer Gesamtheit maßstabstreu sind und hauptsächlich nur zur Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung dienen.

Das Band eines Metallbandkalanders ist hoher Belastung ausgesetzt und die Leitwalzen des Metallbandkalander-Bandes müssen beheizbar sein. Wie bekannt, gliedert sich die Walze in eine Innenachse und einen Mantel und die Außenfläche der Innenachse beziehungsweise die Innenfläche des Mantels ist bombiert. Der Außenmantel der Walze läuft dann frei auf der Oberfläche der 7 « 4 * • · · .* ..· :333:ufcb*

Innenachse und bei Belastung tritt infolge der Durchbiegung der Innenachse der Außenmantel über seine gesamte axiale Länge in Kontakt zur Innenachse. In dem Raum zwischen Achse und Mantel strömt die Walze aufheizendes Medium, bevorzugt Wärmeübertragungsöl.

Fig. 1 zeigt eine Walze 10, die eine innere Achse 12 umfasst, welche aus einem zylindrischen Mittelteil 12c und beiderseits des Mittelteils 12 an den Stirnseiten 12d, 12e befestigten Achszapfen 12a, 12b besteht. Die Walze entspricht dem in dem Dokument FI120883B beschriebenen Typ. Das Mittelteil 12c der Achse 12 ist bombiert. Der Außendurchmesser der Achse ist somit in der Mitte des Mittelteils 12c größer als an den Stirnseiten 12d, 12e des Mittelteils 12c. Die Achszapfen 12a, 12b sind in den Stirnlagern 13a, 13b gelagert. Die Achszapfen 12a, 12b haben Flanschteile 12a12b', die an den Stirnseiten 12d, 12e des Achsenmittelteils 12c befestigt sind. Auf dem Mittelteil 12c der Achse 12 ist ein äußerer zylindrischer Mantel 11 angeordnet, an dessen Stirnseiten die Stirnflansche 20a, 20b befestigt sind. Der Mantel 11 ist über die Stirnflansche 20a, 20b gegen die Achszapfen 12a, 12b abgedichtet. Die Dichtung ist bevorzugt so beschaffen, dass sie die hohen Betriebstemperaturen der Walze und dem Druck des Wärmeübertragungsmediums bzw. des Schmierstoffs standhält. Die Stirnflansche 20a, 20b sind so um die Achszapfen 12a, 12b herum angeordnet, dass die Abdichtung radiale Bewegung erlaubt.

Die Größe der radialen Bewegung ist durch die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Stirnseite des Achsenmittelteils 12c und dem Innendurchmesser der Stirnseite des Mantels 11 sowie zusätzlich durch die Differenz aus dem Außendurchmesser des Achsenmittelteils 12c (in der Mitte des Mittelteils) und dem Innendurchmesser der Mantelinnenfläche bestimmt.

Nach einem ersten Bemessungsbeispiel beträgt die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser der Mittelteilstirnseite und dem Mantelinnendurchmesser an den Stirnseiten 4 mm, wobei die Bombierung des Mittelteils 12c radial gemessen 2 mm beträgt. Das radiale Spiel zwischen Mantel δ ϊ33337·/ΐώ und Mittelteil beträgt 5 mm. Die radiale elastische Bewegung des Stirnflanschs 20a, 20b relativ zum Achszapfen 12a, 12b beträgt etwa ±7 mm (±2+5 mm).

Nach einem zweiten Bemessungsbeispiel beträgt die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser der Mittelteilstirnseite und dem Mantelinnendurchmesser an den Stirnseiten 4 mm, wobei die Bombierung des Mittelteils 12c radial gemessen 2 mm beträgt. Das radiale Spiel zwischen Mantel und Mittelteil beträgt 1 mm. Die radiale elastische Bewegung des Stirnflanschs 20a, 20b relativ zum Achszapfen 12a, 12b beträgt etwa ±3 mm (±2+1 mm).

Bevorzugt sind der Mantel 11 und das Mittelteil 12c in der Mitte der Walze fast spielfrei so aneinandergepasst, dass keine der für die Walze zu erwartenden Temperaturbedingungen ein gegenseitiges Blockieren (Verklemmen) von Mantel und Mittelteil verursacht.

Die Stirnflansche 20a, 20b bewegen sich bzw. federn zusammen mit dem Mantel 11 in radialer Richtung relativ zu den Achszapfen 12a, 12b in der Situation, in der auf den Mantel 11 eine externe Belastung F wirkt. Zwischen Mantel 11 und Achse 12, genauer gesagt zwischen der Außenfläche des Achsenmittelteils 12c und der Innenfläche des Außenmantels 11 befindet sich ein Raum 42, der zum Leiten des Wärmeübertragungsmediums benutzt werden kann. Das in dem Raum 42 enthaltene Medium besteht bevorzugt aus hohe Temperaturen vertragendem Wärmeübertragungsöl. Mit dem Wärmeübertragungsmedium können die Kontaktflächen von Mantel und Achse, an denen Schlupf (Gleiten) auftritt, geschmiert werden. Der Schlupf resultiert aus Durchmesserdifferenzen zwischen der Mantelinnenfläche und der bombierten Achsenaußenfläche.

Durch den Achszapfen 12a des einen Endes der Walze 10 hindurch ist ein erster Kanal 40 ausgebildet, der sich axial bis in einen Abstand vom zweiten Stirnflansch 20b des entgegengesetzten Endes der Walze erstreckt und sich dort in mehrere radiale Kanäle 41 verzweigt. Diese radialen Kanäle 41 münden in den Raum 42 zwischen dem Mittelteil 12c der Achse 12 und dem Mantel 11. 9 *··« - 33317/ab

Durch den Achszapfen 12a verläuft außerdem ein zweiter Kanal 50, der den ersten Kanal 40 umgibt und sich axial bis ins Innere des beim Achszapfen 12a befindlichen ersten Stirnflansch 20a erstreckt und sich da in radiale Kanäle 51 verzweigt. Auch diese radialen Kanäle 51 münden in den Raum 42 zwischen dem Mittelteil 12c der Achse 12 und dem Mantel 11. Über den ersten Kanal 40 kann Öl in den Raum 42 zwischen dem Mittelteil 12c der Achse 12 und dem Mantel 11 in der Nähe des zweiten Stirnflanschs 20b geleitet werden, von wo das Öl über die an der Außenfläche des Mittelteils 12c der Achse 12 ausgebildeten Rillen zurück zum ersten Stirnflansch 20a hin und über den zweiten Kanal 50 aus der Walze abgeleitet wird. Der erste Kanal 40 kann aus einem Rohr bestehen.

Die Walze 10 wird infolge der Bombierung des Mittelteils 12c der Achse 12 zu einer Durchbiegungsausgleichswalze. Im unbelasteten Zustand kann die Innenfläche des Mantels 11 in der Mitte des Mittelteils 12c der Achse 12 an der Außenfläche des Mittelteils 12c der Achse 12 anliegen, aber an den Stirnseiten des Mittelteils 12c ist ein kleiner Spalt zwischen der Innenfläche des Mantels 11 und der Außenfläche des Mittelteils 12c der Achse vorhanden. Wird der Walzenmantel 11 zum Beispiel durch eine andere Walze oder ein Metallband von außen belastet, so beginnt sich das Mittelteil 12c der Achse 12 in der Mitte durchzubiegen, und bei einer gewissen Belastung wird die Durchbiegung der Achse so groß, dass die Innenfläche des Mantels 11 über ihre gesamte Länge an der Außenfläche des Mittelteils 12c der Achse 12 anliegt und die Außenfläche des Mantels 11 an der Belastungsstelle gerade verläuft. Die Bombierung der Walze kann so bemessen werden, dass die Außenfläche des Mantels 11 unter gewünschten, d.h. bestimmten Belastungsbedingungen gerade verläuft.

Die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 10 ist konstant, weil ja der Mantel in seinen Außenabmessungen als Rohr von gleichmäßigem Durchmesser hergestellt werden kann. Dabei ist der Kontakt zwischen Außenfläche und Metallband schlupffrei. Hingegen kommt es bei dem Kontakt zwischen der Innenfläche des Mantels 11 und der Außenfläche des Mittelteils der Achse 12 zu bombierungsbedingtem Schlupf und dieser Kontakt erfordert Schmierung. Unter 10 * · .:.. '33317/ab das Wärmeübertragungsöl kann fester Schmierstoff gemischt werden.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Kupplungsanordnung der Walze 10, mit der die Achse 12 und der Mantel 11 so aneinander gekoppelt werden können, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren. Fig. 2 zeigt die Walze 10 von Fig. 3 im Querschnitt ΑΆ. Die Kopplung zwischen Achse 12 und Mantel 11 bietet die Möglichkeit, die Walze 10 mit einer Antriebsvorrichtung und einer Bremse auszustatten. Weiter sind dadurch für die Walze präzise Umfangsgeschwindigkeit und zum Beispiel Schnellstopp möglich.

Die Momentübertragung von der Achse 12 auf den Mantel 11 wird ermöglicht, wenn zwischen Mantel und Walze eine Kupplung 60 eingefügt wird. Der verfügbare Raum zwischen dem Stirnflansch 20b der Walze 10 und dem an den Achszapfen 12b zu montierenden Lager 13b ist so klein, dass sich dort nur schwer eine Kupplung unterbringen lässt, die Mantel und Achse zusammen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit laufen lässt.

Fig. 3 zeigt eine im Inneren der Walze 10, bevorzugt im Inneren des Mittelteils 12c der Achse, angeordnete Lamellenkupplung 60. Die Lamellenkupplung 60 umfasst bevorzugt zwei Lamellenpakete 63, 64, die über die Kupplungswelle 65 in einem gegenseitigen Abstand 60' angeordnet sind. Die Lamellenpakete 63, 64 erlauben ein Biegen der Kupplung in Winkelstellung und Exzentrizität zwischen den Kupplungsenden. Somit ermöglicht die Lamellenkupplung 60 eine Winkelstellung und eine Exzentrizität des Mantels 11 und des Mittelteils der Achse 12, Die Lamellenpakete 63, 64 vermögen das im Betrieb der Walze vorauszusetzende Drehmoment zu übertragen. Die Lamellenkupplung 60 ist bevorzugt an einem Ende der Walze angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen kann an beiden Enden der Walze je eine Lamellenkupplung angeordnet sein, zum Beispiel dann, wenn der für die Montage erforderliche Raum im Walzeninneren klein ist und zwei kleine Kupplungen zusammen das erforderliche Drehmoment zu übertragen vermögen. 11 • « *·· ***‘33317/ab

Das erste Ende 61 der Lamellenkupplung 60 (d.h. das erste Lamellenpaket 63) ist stationär am Achszapfen 12b befestigt und das zweite Ende 62 (d.h. das zweite Lamellenpaket 64) ist stationär am Stirnflansch 20b des Mantels befestigt. Der Stirnflansch 20b des Mantels ist zum Beispiel durch Schrauben 14 stationär an der Mantelstirnseite befestigt.

Die Walze umfasst Ubertragungsteile, über die die Lamellenkupplung am Achszapfen und am Stirnflansch befestigt ist. Die Walze hat eine an dem ersten Ende 61 der Lamellenkupplung befestigte Übertragungswelle 67 und einen an dem zweiten Ende 62 befestigten Mitnehmer 68. Am ersten Ende 61 der Lamellenkupplung ist das erste Lamellenpaket 63 mit Hilfe des Flanschs 66 und der Übertragungswelle 67 im Inneren der Walze 10 an dem Achszapfen 12b befestigt. Die Übertragungswelle 67 ist bevorzugt rohrförmig gestaltet und umgibt die Lamellenkupplung 60. Das erste Lamellenpaket 63 erlaubt ein Biegen des Achszapfens 12b und der Kupplungswelle 65 in Winkelstellung sowie Exzentrizität zwischen diesen. Am zweiten Ende 62 der Lamellenkupplung ist das zweite Lamellenpaket 64 an dem Mitnehmer 68 befestigt, der stationär am Stirnflansch 20b befestigt ist. Das zweite Lamellenpaket 64 erlaubt ein Biegen des Stirnflanschs 20b und der Kupplungswelle 65 in Winkelstellung sowie Exzentrizität zwischen diesen.

Am Flanschteil 12b' des Achszapfens 12b sind durchgehende, Spiel aufweisende Öffnungen 15 für den Mitnehmer 68 ausgebildet. Der Achszapfen 12b hat ein Flanschteil 12b', das an der Stirnseite 12e des Achsenmittelteils 12c (z.B. durch Schrauben 16 und Bohrungen 17) befestigt ist. Der Mitnehmer 68 hat bevorzugt ein mehrstiftiges Teil, dessen Mitnehmerstifte in die Öffnungen 15 eingreifen. Nach einer Ausführungsform bildet der Mitnehmer 68 eine mehrstiftige Krone. Die Öffnungen 15 sind so weit gehalten, dass die Stifte des Mitnehmers nicht auf die Wandungen der Öffnungen 15 treffen, wenn sich der Mantel 11 und die Achse 12 gegenseitig bewegen. Befestigt wird der Mitnehmer 68 bevorzugt zum Beispiel durch Schrauben 18 an der Innenfläche des Stirnflanschs 20b. 12 .: 33317/ab

Als Kupplung kann eine Lamellenkupplung benutzt werden, die das für die Durchbiegungsausgleichswalze 10 zu fordernde Drehmoment zu übertragen vermag. Der Drehmomentbedarf hängt u. a. vom Einsatzobjekt, der Walzengröße und zum Beispiel der Reibung zwischen Mantel und Innenachse ab. Berechnungen zufolge hat eine Metallband-Leitwalze mit einem Mantelaußendurchmesser von 1250 mm, einer Länge von 8 und einer Belastung von 200 kN/m einen Drehmomentbedarf von ca. 150 kNm.

Der gegenseitige Abstand 60' der Lamellenpakete 63, 64 der Lamellenkupplung 60 ist durch den Winkel, den die Lamellenpakete erlauben, bestimmt. Eine passende Lamellenkupplung erlaubt bei einem Nennmoment von 150 kNm einen Winkel von 0,2 Grad. Lamellenkupplungen stellt zum Beispiel die Firma Esco Couplings N.V., Belgien, her. Beträgt die Mittelpunktverschiebung von Mantel 11 und Achse 12 zum Beispiel 3 mm, so ergibt sich der gegenseitige Abstand 60' der Lamellenpakete 63, 64 zu 850 mm, wenn die Mantellänge 8 m beträgt (vgl. zweites Bemessungsbeispiel oben). Beträgt der Durchmesserunterschied zwischen Mantel 11 und Achsenmittelteil 12c 10 mm und die Bombierung radial gemessen 2 mm, so ergibt sich die Exzentrizität von Dichtung und Kupplung zu 7 mm, wodurch sich der Abstand der Lamellenpakete bei einer Mantellänge von 8 m auf 2000 mm erhöht (vgl. erstes Bemessungsbeispiel oben). Die Wärmeverträglichkeit der besagten Lamellenkupplung ist ausreichend, um sie in einer Thermowalze einsetzen zu können.

Fig. 4 zeigt eine Balgdichtung 30, die radiale Bewegung zwischen der Achse und dem Mantel erlaubt. Die Kopplung von Achse 12 und Mantel 11 so, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren, macht den Einsatz einer Balgdichtung 30 zwischen dem Achszapfen 12b und dem Stirnflansch 20b möglich. Durch Einsatz eines geschlossenen Balgs in der Dichtungskonstruktion lässt sich eine absolute Dichtigkeit erzielen, da keine beweglichen Dichtungsflächen vorhanden sind. Auch nutzt sich diese Dichtung im Gegensatz zu Gleitdichtungen mit beweglichen Flächen nicht ab. Der Balg ist bevorzugt als Metallkonstruktion ausgeführt und besteht bevorzugt gänzlich aus Metall. Mit der • * * > ··* · ·· a 13 *..*·..· : \.*33317/ab

Metallkonstruktion lässt sich eine ausreichende Wärme* und Druckbeständigkeit sowie eine ausreichende Lebensdauer der Abdichtung zustande bringen. Der Einsatz einer Metallhalgdichtung bietet den Vorteil, dass keine teuren wärmebeständigen Gleitdichtungswerkstoffe benötigt werden. Außerdem vermeidet man so das sonst notwendige Kühlen begrenzt wärmebeständiger Gleitdichtungen.

Die Balgdichtung 30 ist in zwei Balgteile 31 und 32 geteilt, die je einen äußeren Balg 33 und einen inneren Balg 35 in Reihe geschaltet umfassen. Der innere Balg ist im Inneren des äußeren Balgs angeordnet. Auf diese Weise wird in axialer Richtung Platz gespart. Der äußere Balg 33 und der innere Balg 35 sind durch ein ringförmiges Verbindungsteil 34 aneinander gefügt. Das Verbindungsteil 34 ist radial zwischen dem äußeren und dem inneren Balg angeordnet und verbindet den Innenrand des äußeren Balgs 33 und den Außenrand des inneren Balgs 35 am ersten Balgteil 31. Das zweite Balgteil 32 ist das Spiegelbild des ersten Balgteils 31. Die Balgteile 31 und 32 sind durch eine Zentralbuchse 36 miteinander verbunden, die zwischen den inneren Bälgen befestigt ist. Zu der Dichtungskonstruktion gehört außerdem eine innere Stützbuchse 36' der Balgteile 31, 32. Bevorzugt ist die Zentralbuchse 36 der Balgdichtung 30 innenseitig durch eine Stützbuchse 36' abgestützt. Für die Balgdichtung 30, besonders für den Mittelbereich der Balgdichtung, genauer gesagt für die Stützbuchse 36'Obei Bedarf für die Zentralbuchse 36) sind am Achszapfen abgestützte Kugelflächen 41 und 42 ausgebildet. Die Kugelflächen 41 und 42 sind bevorzugt gegenüber beiden Stirnseitenbereichen der Stützbuchse 36' ausgebildet. Mit der kugelflächengeführten Stützbuchse 36' des Balgdichtungs-Mittelbereichs kann eine für die Balgdichtung nachteilige Lateralbewegung vermieden werden.

An dem äußeren Balg 33 des ersten Balgteils 31 ist am Außenrand der Balgdichtung 30, der sich auf der Seite des Achszapfenendes befindet, ein erster Befestigungsflansch 37 befestigt. Der erste Befestigungsflansch 37 ist an dem ersten Tragflansch 51 befestigt, der an den Achszapfen 12b montiert ist. 14

Bevorzugt umfasst der erste Tragflansch 51 eine erste Kugelfläche 41 für die Stützbuchse 36'. Der erste Tragflansch 51 kann mit Hilfe einer Spannbuchse 51' am Achszapfen 12b befestigt werden.

An dem äußeren Balg des zweiten Balgteils 32 ist an dem auf der Seite des Stirnflansches 20b befindlichen Innenrand der Balgdichtung 30 ein zweiter Befestigungsflansch 38 befestigt. Der zweite Befestigungsflansch 38 ist an dem Stirnflansch 20b befestigt. An dem Stirnflansch 20b ist bevorzugt ein zweiter Tragflansch 52 befestigt, der die Stützbuchse 36' trägt. Bevorzugt umfasst der zweite Tragflansch eine zweite Kugelfläche 42 für die Stützbuchse 36'. Zwischen dem zweiten Tragflansch 52 und dem Achszapfen 12b bleibt ein Raum 53, der eine radiale (und axiale) Bewegung zwischen dem Mantel 11 und der Achse erlaubt.

Die Balgdichtung 30 wird bevorzugt als eine (einzige) radial dichte Einheit ausgebildet, die einen ersten Befestigungsflansch 37, ein erstes Balgteil 31, eine Zentralbuchse 36, eine Stützbuchse 36' ein zweites Balgteil 32 und einen zweiten Befestigungsflansch 38 umfasst.

Die in Fig. 4 gezeigte Balgdichtung 30 eignet sich zum Beispiel für eine Bewegung von ± 7 mm zwischen Mantel und Achse. Die zweischichtige Konstruktion der Balgendichtung 30 ermöglicht die Erhöhung der Balganzahl im Vergleich zum einschichtigen Balg. Da eine Balgdichtung mit großem radialen Bewegungsbereich angestrebt wird, wollte man die Zahl der Falten des Balgs und der ineinander befindlichen Bälge erhöhen, damit die falten* und balgbezogene begrenzte Elastizität des Dichtungsmaterials nicht überschritten wird. In Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit ist die Balgdichtung eine bessere Lösung als die Gleitdichtung. Außerdem hat man festgestellt, dass, gestaltet man die Balgdichtung 30 zu einer kompakten zwei* oder mehrschichtigen Dichtung, sich diese besser in dem verfügbaren begrenzten axialen Raum am Achszapfen 12b unterbringen lässt. 15 « · 33317/ab Für eine kleinere Bewegung von zum Beispiel ± 2 mm (Größe der Bombierung) zwischen Mantel und Achse kann eine einfachere Balgdichtung eingesetzt werden. Die einfachere Dichtung braucht nicht unbedingt zweischichtig zu sein, da eine kleinere radiale Bewegung mit einer geringeren Balganzahl erreicht werden kann. Die Balgdichtung kann auch in diesem Fall in zwei Teile geteilt sein und eine durch Kugelflächen geführte Stützbuchse zum Eliminieren der Lateralbewegung des Balges aufweisen. Durch Verringerung des Spiels zwischen der Achse 12 und dem Mantel 11 lässt sich die Konstruktion der Balgdichtung auch vereinfachen.

Fig. 5 und 6 zeigen eine Walze 10, deren Achsenmittelteil 12c an seiner Oberfläche spiralige Rillen 5 aufweist, mit denen die Ölzirkulation der Walze intensiviert und die für das Pumpen des Öls aufzuwendende Leistung reduziert werden kann. Fig. 6 zeigt das Detail B aus Fig. 5. Die Rillen 5 haben bevorzugt eine passende Steigung. Bevorzugt beginnen und enden die Rillen 5 in einem kurzen Abstand vor den Stirnseiten 12d, 12e des Achsenmittelteils 12c, sodass das über die ersten radialen Kanäle 41 in die ersten Stirnseiten der Rillen 5 gespeiste Öl seinen Weg längs der Rillen fortsetzt und über die zweiten Stirnseiten der Rillen 5 in die zweiten radialen Kanäle 51 abgeht.

Je größer das Spiel zwischen Achse und Mantel ist, desto mehr Öl befindet sich dort. Eine große Ölmenge bewirkt Leistungsverluste beim Rotieren des Mantels zusammen mit einer ungerillten Achse. Ist das Spiel gering und das Achsenmittelteil 12c mit passender Steigung gerillt, gelangt diese geringe, sich außerhalb der Rillen 5 befindliche Ölmenge mit Hilfe der Rillen durch den Nip zwischen dem Achsenmittelteil 12c und dem Mantel 11 und bewirkt keinen großen LeistungsVerlust. Zu Leistungsverlust und Strömungswiderstand kommt es in einer Situation, in der die längs der Mantelinnenfläche abrollende glatte, d.h. ungerillte Achse das in dem Spielraum vorhandene Öl längs des von der Achse und dem Mantel gebildeten schmalen Wegs fast mit (Papier)bahngeschwindigkeit vor sich herschiebt. Ist die Oberfläche des Achsenmittelteils nicht gerillt, so strömt das Wärmeübertragungsmedium 16 t · Μ * • · * * “* 33317/ab und/oder Öl in dem Raum 42 nicht in ausreichendem Maße zwischen Mantel und Achse auf die andere Seite des Nips.

Durch Rillung des Achsenmittelteils 12c erhält man Raum für die Ölströmung, ohne dass zwischen Mantel und Achse ein größeres Spiel benötigt wird als die Bombierung der Achse bedingt. Da die Ölmenge infolge des kleinen Spiels gering ist, lassen sich die von den Strömungsrillen 5 im Nip verursachten „Scharten“ durch passende Bemessung der Rillen leichter ausreichend groß gestalten, um die Ölmenge über den Nip zu bringen. Wird zwischen Mantel 11 und Achsenmittelteil 12c ein passend kleines Spiel hergestellt und das Walzenmittelteil passend mit Rillen 5 versehen, kann die zum Rotieren der Walze 10 erforderliche Leistung verringert werden.

Die dynamische Auswuchtung der Walze 10 kann verbessert werden, wenn das Spiel in Walzenmitte gegen Null geht. Die dynamische Auswuchtung ist von Nutzen u. a. in Verbindung mit der Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit und dem Erreichen der angestrebten Qualität der herzustellenden Faserstoffbahn, aber auch bei Riss des Metallbandes, wobei dann die Walze und/oder deren Tragkonstruktionen nicht beschädigt werden, wenn die äußere Belastung F plötzlich entfällt.

Fig. 7 und 8 zeigen eine andere Kupplungsanordnung zum gegenseitigen Koppeln von Mantel 11 und Achse 12 der Walze 10. Im Inneren der Walze 10 ist eine Gelenkarmkupplung 70 angeordnet. Diese Kupplung 70 ist bevorzugt zwischen dem Stirnflansch 20b und dem Flanschteil 12b' des Achszapfens eingebaut. Die Gelenkarmkupplung 70 umfasst zwei Gelenkarmpaare, die über den Kupplungskranz 71 auf den Mantel 11 und die Achse 12 wirken. Der Kupplungskranz 71 umgibt den Achszapfen 12b. Die vier Gelenkarme 72, 73! 74, 75 sind mit ihren ersten Enden an dem Kupplungskranz 71 gelagert.

Das erste Gelenkarmpaar umfasst einen ersten Gelenkarm 72 und einen zweiten Gelenkarm 73, die auf einander entgegengesetzten Seiten des Kupplungskranzes 17 • • * · • · * 33317/ab 71 gelagert sind. Das zweite Gelenkarmpaar umfasst einen dritten Gelenkarm 74 und einen vierten Gelenkarm 75, die aufeinander entgegengesetzten Seiten des Kupplungskranzes 71 gelagert sind. Das erste Gelenkarmpaar ist um 90 Grad gegen das zweite Gelenkarmpaar phasenversetzt.

Die zweiten Enden der Gelenkarme 72, 73 des ersten Gelenkarmpaares sind an der Achse, genauer gesagt an dem ersten Ansatz 82 und dem zweiten Ansatz 83 gelagert. Die Ansätze 82 und 83 sind an einander entgegengesetzten Randstellen des Flanschteils 12b' des Achszapfens 12 angeordnet. Die zweiten Enden der Gelenkarme 74 und 75 des zweiten Gelenkarmpaares sind am Mantel 11, genauer gesagt an dem dritten Ansatz 84 und dem vierten Ansatz 85, gelagert. Diese Ansätze 84 und 85 sind an einander entgegengesetzten Randstellen auf der Innenseite des Stirnflanschs 20b befestigt.

In Fig. 7 sind die beweglichen Teile der Gelenkarmkupplung 70, nämlich der Kupplungskranz und die Gelenkarme, in aneinander gekoppeltem Zustand gezeigt. In Fig. 8 ist die Gelenkarmkupplung 70 in ihrer funktionalen Stellung ohne Stirnflansch 20b gezeigt, mit dem das zweite Gelenkarmpaar an den Mantel 11 der Walze gekoppelt wird. Mit dem Stirnflansch 20b kann die Gelenkarmkupplung 70 in die Walze eingeschlossen und abgeschirmt werden. Das in der Walze vorhandene Aufheiz- und Schmiermedium schmiert bei Bedarf auch die Gelenkarmkupplung. An beiden Enden der Walze 10 kann je eine Gelenkarmkupplung 70 eingebaut werden. An beiden Enden der Walze angeordnet, richtet die Gelenkarmkupplung 70 den Mantel 11 parallel zur Achse 12 aus.

Es empfiehlt sich, den Kupplungskranz 71 leicht d.h. gewichtsarm zu gestalten. Er kann aus zwei aneinander zu fügenden plattenartigen Teilen gebildet werden. Eine solche Konstruktion hat geringes Gewicht und ist in der Herstellung einfach. Die Gelenkarmkupplung 70 kann an einer im Hinblick auf die Wartung der Walze und der Kupplung leicht zugänglichen Stelle angeordnet werden. 18 » » 33317/ab

Die in Fig. 4 gezeigte Balgdichtung 30 kann an der in Fig. 7 und 8 dargestellten Walze 10 in Verbindung mit dem Achszapfen 12b und dem Stirnflansch 20b angeordnet werden, wenn die Gelenkarmkupplung 70 in die Walze eingebaut ist und der Mantel 11 zusammen mit der Achse 12 rotiert.

Die obige Beschreibung enthält nicht begrenzende Beispiele einiger Ausführungsformen der Erfindung. Für den Fachmann versteht sich, dass sich die Erfindung jedoch nicht auf die dargelegten Details beschränkt, sondern sich auch auf andere äquivalente Weise verwirklichen lässt. Einige Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen können auch ohne die übrigen Merkmale genutzt werden.

Die obige Beschreibung ist als solche lediglich als Erläuterung des Prinzips der Erfindung und nicht als Begrenzung der Erfindung zu verstehen. Begrenzt wird der Schutzbereich der Erfindung somit ausschließlich durch die beigefügten Patentansprüche.

Patentansprüche:

Claims (14)

19 * · · · ·· « # · ·· · · * · «·· • * * ·»· * ·· » ·* *· · · ···« >· 33317/ab Dl DR. FERDINAND GIBLER Dl DR. WOLFGANG POTH Austrianand European Patent and Trademark Attorneys GIBLER&POTH PATENTANWÄLTE PATENTANSPRÜCHE 1. Beheizbare und/oder kühlbare Durchbiegungsausgleichswalze (10), die eine Achse (12) beziehungsweise Welle mit einem zylinderförmigen Mittelteil (12c) aufweist, an dessen beiden axialen Enden je ein Achszapfen (I2a,12b) über ein einen Achszapfen umfassendes Flanschteil (I2a',12b0 befestigt ist, wobei die Walze einen Mantel (11) umfasst, der das Mittelteil umgibt und der an seinen axialen Enden sich radial nach innen erstreckende Stirnflansche (20a,20b) aufweist, die um den entsprechenden Achszapfen (12a,12b) herum angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Achsenmittelteils (12c) oder die Innenfläche des Mantels bombiert ist, sodass die Innenfläche des Walzenmantels unter Belastung im Wesentlichen über ihre gesamte axiale Länge zur Achsenaußenfläche in Kontakt tritt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite der Walze (10) im Inneren der Walze eine das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung (60170) angeordnet ist, die zwischen dem Stirnflansch (20a,20b) und der Achse (12) so wirkt, dass der Mantel (ll) und die Achse (12) mit im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit zu rotieren gekoppelt sind.

2 . Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Achszapfen (12a, 12b) und dem Stirnflansch (20a, 20b) eine Metallbalgdichtung (30) angeordnet ist. 20 33317/ab

3 . Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Balgdichtung (30) in zwei Balgteile (31, 32) geteilt ist, die durch eine Zentralbuchse (36) aneinander gefügt sind, wobei für den Mittelbereich der Balgdichtung im Inneren der Balgdichtung am Achszapfen (12a, 12b) abgestützte Kugelflächen (41, 42) vorhanden sind.

4 . Walze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Balgdichtung (30) wenigstens zwei in Reihe geschaltete Metallbälge (33, 35) so umfasst, dass der äußere Metallbalg (33) den innere Metallbalg (35) umgibt.

5 . Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung aus einer Lamellenkupplung (60) besteht, die zwei Lamellenpakete (63, 64) umfasst, die über eine Kupplungswelle (65) in einem gegenseitigen Abstand (60') angeordnet sind.

6 . Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Ende (61) der Lamellenkupplung (60) das erste Lamellenpaket (63) stationär zum Flanschteil (12a'; 12b') und das zweite Lamellenpaket (64) am gleichen Ende stationär zum Stirnflansch (20a, 20b) befestigt ist.

7 . Walze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze einen Mitnehmer (69) mit Mitnehmerstiften umfasst und das Flanschteil (12a', 12b') Spielraum aufweisende Öffnungen (15) für die Mitnehmerstifte aufweist und das zweite Ende (62) der Lamellenkupplung (60) an dem Mitnehmer befestigt ist, dessen Mitnehmerstifte durch die 21 « « 33317/ab Öffnungen (15) hindurchgeführt und am Stirnflansch (20a, 20b) befestigt sind.

8 . Walze nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze eine Übertragungswelle (67) umfasst, die zwischen dem Flanschteil (12a', 12b') und dem ersten Ende der (61) der Lamellenkupplung (60) befestigt ist.

9. Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Drehmoment der Walze übertragende Kupplung an einem oder an beiden Enden der Walze eine an den Mantel (11) und die Achse (12) gekoppelten Gelenkarmkupplung (70) umfasst.

10 . Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkarmkupplung (70) in axialer Richtung der Walze zwischen dem Stirnflansch (20a, 20b) und dem Flanschteil (12a', 12b') angeordnet ist.

11. Walze nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkarmkupplung (70) einen Kupplungskranz (71) und zwei Gelenkarmpaare (72, 73; 74, 75) umfasst, welche letztere gegeneinander um 90 Grad versetzt angeordnet sind, und das erste Gelenkarmpaar (72, 73) mit den ersten Enden der ersten Gelenkarme an einander entgegengesetzte Seiten des Kupplungskranzes gekoppelt ist und auf das Flanschteil (12a', 12b') wirkt, und das zweite Gelenkarmpaar (74, 75) mit den ersten Enden der zweiten Gelenkarme an einander entgegengesetzte Seiten des Kupplungskranzes gekoppelt ist und auf den Stirnflansch (20a, 20b) wirkt.

12. Walze nach Anspruch 11, • · • · 22 33317/ab dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden der ersten Gelenkarme (72, 73) an einem ersten Ansatz (82) und einem zweiten Ansatz (83), welche Ansätze an einander entgegengesetzten Randstellen des Flanschteils (12a', 12b') befestigt sind, gelagert sind und die zweiten Enden der zweiten Gelenkarme (74, 75) an einem dritten Ansatz (84) und einem vierten Ansatz (85), welche Ansätze an einander entgegengesetzten Randstellen des Stirnflanschs (20a, 20b) befestigt sind, gelagert sind.

13 . Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche des Mittelteils (12c) der Achse (12) Steigung aufweisende Rillen (5) für die Aufheiz medium- und Schmiermediumströmung ausgebildet sind und diese Rillen in einem kurzen Abstand von der Stirnseite 12d, 12e) des Mittelteils beginnen und enden.

14 . Walze nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bombierung des Mittelteils (12c) 2 mm beträgt und das Spiel zwischen dem Mittelteil (12c) und der Innenfläche des Mantels 11 an der Stelle des größten Außendurchmessers des Mittelteils 1-5 mm beträgt, sodass die relative Bewegung von Stirnflansch und Achszapfen in radialer Richtung ±3 mm - ±7 mm beträgt.

(Dr. F. Gibler oder Dr. W. Poth)