BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Walzengerüst mit einer feststehend gelagerten und einer zustellbaren Walze, wobei die beidseitigen Lagerzapfen der letzteren je in einer Lageranordnung geführt sind, welche zwecks Einstellung des Walzenspaltes mittels einem Stellmechanismus relativ zur feststehend gelagerten Walze verschiebbar sind.
Bei der Herstellung und Veredelung von Materialbahnen mittels Walzengerüsten, z.B. Walzen von Metall- und Konststoffolien, Beschichten von Folien und Bändern mittels Kalander- und Streichwalzen usw., besteht oftmals die Forderung, den Walzenabstand (Walzenspalt) möglichst genau einzuhalten. Abgesehen vom Erfordernis eines gleichmässig dicken Produkts soll allgemein auch aus wirtschaftli chen Gründen (Materialeinsparung) beim Walzen wie vor allem beim Auftragen teurer Beschichtungsstoffe möglichst nahe an der unteren Toleranzgrenze der garantierten Dicke gefahren werden können. Neben einer hochentwickelten Re gelungstechnik, die u. a. in der Lage ist, eine Unrundheit oder Exzentrizität der Walzenballen während des Walzenumlaufs laufend auszugleichen, ist bisher auch eine sehr präzise und entsprechend aufwendige Lagerung der Walzenzap fen erforderlich.
So ist selbst ein geringes Lagerspiel dann besonders störend, wenn die den Walzenspalt durchlaufende
Materialbahn nur relativ geringe Gegenkräfte auf das Walzenpaar ausübt, wie etwa beim Herstellen von Kunststoffolien oder bei der Folienbeschichtung mit pastenartigen oder flüssigen Auftragstoffen. Insbesondere stösst man an die Grenzen der lagertechnischen Möglichkeiten, wenn bei bereits geringen Banddicken bzw. Spaltweiten eine hohe relative Genauigkeit mit Abweichungen von weniger als 1 Mikrometer einzuhalten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzengerüst so zu gestalten, dass eine hohe Genauigkeit bei der Einhaltung des Walzenspaltes ohne extreme Anforderungen an die Lagerung insbesondere der zustellbaren Walze erreichbar ist, und dies auch bei Anwendungen, wo die Reaktionskräfte des Walzgutes auf das Walzenpaar gering oder unbestimmt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lageranordnung eines jeden Lagerzapfens der zustellbaren Walze nebeneinander zwei getrennte Radiallager enthält, von denen das eine mit einem geführten Stellorgan und das andere mit einem zur Zustellrichtung des Stellorgans entgegengesetzt gerichteten Kraftorgan verbunden ist.
Damit wird erreicht, dass die Lagerzapfen dauernd kraftschlüssig und völlig spielfrei geführt sind und demzufolge die genaue Walzenstellung durch das Stellorgan entsprechend der Führungsgrösse ohne Beeinträchtigung durch die Lagerung gewährleistet ist.
Die Ansprüche 2 und 3 nennen zwei verschiedene vorteilhafte Kombinationen von Stellorgan und Kraftorgan. Mit der Anordnung gemäss Anspruch 4 ist es insbesondere möglich, eine gegenseitige Berührung und damit Beschädigung der Walzen selbst bei extrem kleinem Walzenspalt auszuschliessen. Der Anspruch 5 gibt eine Anordnung an, welche temperaturbedingte Ausdehnungsschwankungen von Walzenballen und Ständer als Störgrösse praktisch eliminiert.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Walzengerüst gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel mit zugehöriger Regeleinrichtung für den Walzenspalt,
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Walzengerüstes nach Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung wie Fig. 1, wobei jedoch nur die Lagerung auf der einen Seite wiedergegeben ist, und
Fig. 4 ist ein Kraft/Weg-Diagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 3.
Beim Walzengerüst nach Fig. 1 und 2 ist die eine Walze 2 im Walzenständer 1 feststehend gelagert, währenddem die andere Walze 4 zur Veränderung des von der Materialbahn 6 (Fig. 2) durchlaufenen Walzenspaltes 5 relativ zur Walze 2 zustellbar ist. Zu diesem Zweck sind die beidseitigen Lagerzapfen 8A und 8B der Walze 4 je in einer Lageranordnung 1OA, lOB geführt, und jede dieser Lageranordnungen ist mittels eines zugehörigen, nachstehend näher beschriebenen Stellmechanismus im wesentlichen radial zur Walze 2 ver schiebbar. Der Walzenantrieb ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Es kann sich um ein Walzengerüst zum
Fertigwalzen von Kunststoff- oder Metallfolien usw. oder z.B. um ein Kalanderwerk mit Streichwalzen zum Veredeln, insbesondere Beschichten von Materialbahnen handeln, also vorzugsweise für Anwendungen, bei denen es auf die Einhaltung eines relativ engen Walzenspaltes 5 mit hoher absoluter
Genauigkeit (im Bereich von Mikrometer) und bei geringen oder praktisch fehlenden Gegenkräften (Verformungskräf ten) seitens der Materialbahn auf die Walzen ankommt.
Die jedem Lagerzapfen SA, 8B der zustellbaren Walze 4 zugehörige Lageranordnung 1OA, lOB weist zwei getrennte, nebeneinander montierte Radiallager 11 und 12 auf (diese wie auch die nachfolgend beschriebenen Anlageteile sind in Fig. 1 nur auf der linken Seite bezeichnet, weil beide Seiten identisch aufgebaut sind). Mindestens das eine dieser Lager aufjeder Walzenseite ist in Zustellrichtung zwischen vorzugsweise mit dem Walzenständer verbundenen Seitenführungen geführt (in Fig. 2 schematisch angedeutet und mit 17 bezeichnet), jedoch kann auch mit andern Mitteln das seitliche Ausweichen der Walze 4 verhindert werden.
Das eine der beiden Radiallager, vorzugsweise das näher beim Walzenballen liegende Lager 11, ist mit einem als geführtes Stellorgan dienenden hydraulischen Stellzylinder 13 (Zylinder! Kolbeneinheit) verbunden, während das andere Lager 12 mit einem - hier ebenfalls als hydraulischer Stellzylinder ausgeführten - Kraftorgan 14 verbunden ist, welches eine zur (positiven) Zustellrichtung des Stellorgans 13 entgegengesetzt gerichtete Kraft auf das Lager 12 ausübt. Der Kraftschluss bei der Walzenzustellung ist durch Verbindung der (beidseitigen) Stellorgane sowie der Kraftorgane mit dem Walzenständer 1 hergestellt.
Bei der dargestellten, bevorzugten Anordnung beider Organe 13 und 14 auf der gleichen Seite des Walzenzapfens 8 bzw. des Walzenspaltes 5 übt das Kraftorgan 14 einen ständigen Zug auf das Lager 12 aus, jedoch könnte das Kraftorgan grundsätzlich auch, wie in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet, zum Stellorgan 13 gegen überliegend angeordnet sein und das Lager 12 mit Druck belasten. Die nach Fig. 1 gewählte gleichseitige Anordnung beider Organe 13 und 14 und Ausbildung des Kraftorgans als Zuganker hat den Vorteil, dass temperaturbedingte Dimensionsänderungen im Ständer einerseits und in den Walzen und dem Stellmechanismus anderseits einander praktisch aufheben und somit ohne Einfluss auf die Weite des Walzenspaltes 5 bleiben.
Zur vorzugsweisen selbsttätigen Regelung des Walzenabstandes bzw. der Spaltweite ist der hydraulische Stellzylinder 13 über ein hydraulisches Regelventil 31 und die Leitungen 32 und 36 mit der Druckquelle 30 (hydraulische Pumpeneinheit) verbunden; an derselben Druckquelle sind auch die Stellzylinder 14 über ein Druckregelventil 33 und Leitungen 34 angeschlossen. Einem Regelverstärker 24 für jede Seite wird einerseits ein von einem Walzenabstandsgeber 20 erzeugtes Messignal als Istwert über die Leitung 21 und anderseits ein einstellbares Sollwertsignal über die Leitung 22 zugeführt. Das vom Regelverstärker 24 erzeugte Ausgangssignal gelangt als Stellwert über die Leitung 25 zum Regelventil 31.
Durch die Druckbeaufschlagung des Zylinders 14 wird eine konstante Gegenkraft zur Stellkraft des Zylinders 13 ausgeübt, wobei jedoch die regelbare Stellkraft die Gegenkraft jederzeit bei Bedarf zu überwinden vermag. Dadurch wird, wie links in Fig. 1 angedeutet, jegliches Radialspiel in der durch die Lager 11 und 12 gebildeten form- und kraftschlüssigen Lageranordnung in Zustellrichtung dauernd aufgehoben, so dass eine äusserst genaue Regelung der Spaltweite auch ohne besonders auf Spielfreiheit ausgesuchte und damit teure Lager möglich ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich vom vorangehend beschriebenen im wesentlichen nur in der Gestaltung des Stellorgans und des Kraftorgans, weshalb nur die Lagerung der einen Seite der zustellbaren Walze 4 dargestellt und die feststehende Walze 2 nur angedeutet ist; Anlageteile, die mit solchen nach Fig. 1 und 2 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszahlen wie dort bezeichnet.
Als mit dem einen Lager 11 verbundenes Stellorgan ist gemäss Fig. 3 ein doppelt wirkender hydraulischer Stellzylinder 13' vorgesehen, welcher über Leitungen 32 und 32' an ein entsprechendes elektro-hydraulisches Regelventil 31' angeschlossen ist. Vorzugsweise ist an die Druckleitung 32 für die positive Zustellrichtung der Walze 4 ein Druckbegrenzungsventil 37 angeschlossen, aus Gründen, die weiter unten im Zusammenhang mit der Wirkungsweise erläutert werden.
Mit dem zweiten Lager 12 ist dagegen als Kraftorgan ein mechanischer Zuganker (Dehnanker) 15 verbunden. Dieser besteht zwecks Längeneinstellung z. B. aus zwei ineinander verschraubten Teilen, von denen der eine drehbar am Lager 12 und der andere am Walzenständer 1 verankert ist; als einfache Möglichkeit zur Längenfixierung während des Betriebs ist eine Gegenmutter 16 angedeutet. Es ist zu erwähnen, dass diese einfache Ausführungsform eines längeneinstellbaren Zugankers nur zur Darstellung des Wirkungsprinzips der Anordnung gewählt ist; für die konkrete Ausführung empfiehlt sich zur bequemen und präzisen Längeneinstellung z. B. eine reibungsarme, drehmomentfreie Kugelumlaufspindel mit fernsteuerbarem, motorischem Drehantrieb an sich bekannter Bauart, wobei ein Getriebe mit Selbsthemmung für die exakte Fixierung der justierbaren Ankerlänge zu verwenden ist.
Der mechanische Zuganker 15 ist so zu bemessen und die Grundeinstellung von dessen Länge ist so zu wählen, dass er bei der grössten betriebsmässig einzustellenden Spaltöffnung 5 zwischen den Walzen 2, 4 bereits vom Stellorgan 13' vorgespannt ist und über den betriebsmässigen Einstellbereich der Spaltweite (Arbeitsbereich der Regelung bzw. des Stellzylinders 13') im elastischen Dehnbereich beansprucht wird, wobei also in Schliessrichtung , d. h. mit kleiner werdender Spaltweite, die der Stellkraft des Zylinders 13' entgegenwirkende Zugkraft des Ankers 15 zunimmt. Wie leicht einzusehen ist, bewirkt so der vorgespannte, mechanische Anker 15 eine dauernde Spielaufhebung in der Lageranordnung 10 und im Zusammenwirken mit dem Stellorgan 13' eine einwandfreie, form- und kraftschlüssige Führung des Lagerzapfens 8 im Stellbereich.
Jedoch ermöglicht die Verwendung eines Kraftorgans mit vom Stellweg bzw. der Spaltöffnung abhängiger Gegenkraft z. B. gemäss Fig. 3 die Lösung einer weiteren Aufgabe, nämlich ein Gegeneinanderschlagen und damit die Beschädigung der Walzenballen zuverlässig zu verhindern. Dies wäre bei geforderten, regelbaren Nennspaltweiten von wenigen Mikrometern und insbesondere bei geringer oder fehlender Verformungskraft im Walzenspalt (Folienwalz- oder -Auftragswerke) etwa mit einem starren Anschlag für den Lagerzapfen bzw. dessen Lagerung kaum zu bewerkstelligen, wenn man bereits die praktisch vorkommenden Walzen Exzentrizitäten und ferner temperaturbedingte Dimensions änderungen von Walzen und Ständer bedenkt.
Die Lösung dieses Problems gelingt mit der wegabhängig zunehmenden Gegenkraft des Kraftorgans 15 in Verbindung mit einer Begrenzung der vom Stellorgan 13' ausübbaren Stellkraft, was anahand des Diagramms nach Fig. 4 verdeutlicht werden soll. Im Diagramm zeigt die Kennlinie 38 den Verlauf der vom Kraftorgan ausgeübten Gegenkraft in Funktion der Spaltweite des Walzenspaltes 5, z.B. die Federkennlinie nach dem Hooke'schen Gesetz eines elastisch gedehnten Zugankers. Der betriebsmässige Arbeitsbereich des Stellorgans bei der Regelung der Spaltweite s ist mit H bezeichnet; die jeweilige Stellposition im Betrieb verändert sich innerhalb diesem Bereich einerseits infolge von Sollwert änderungen, aber auch infolge von Störeinflüssen wie Exzentrizität oder Unrundheit der Walzen während des Walzenumlaufs.
Wird nun die maximal mögliche Stellkraft des Stellorgans auf einen Wert Fb begrenzt, der der Gegenkraft bei noch endlicher Spaltweite s gemäss der Kennlinie 38 entspricht, so bedeutet dies gleichzeitig die Begrenzung des Stellbereiches H in Schliessrichtung, d. h. das völlige Schliessen des Walzenspaltes und damit das gefährliche Zusammenschlagen der Walzen ist verunmöglicht. Die Stellkraftbegrenzung des Stellzylinders 13' kann gemäss Fig. 3 durch ein Druckbegrenzungsventil 37 an der Druckleitung 32 zum Stellzylinder oder auch durch geeignete Druckbegrenzung bereits in der Druckquelle (Hydraulikpumpe) vorgenommen werden.
Zur Einstellung der Anordnung wird zweckmässig so vorgegangen, dass zunächst diejenige Drehlage der Walzen 2 und 4 ermittelt wird, welche die geringste Spaltweite s ergibt; anschliessend wird die Längeneinstellung des Zugankers 15 bei entsprechender (gemäss der Kennlinie 38) mechanischer Vorspannung für einen bestimmten Kalibrierwert vorgenommen.