DE10024851A1 - Walze mit Durchbiegungsausgleich - Google Patents

Abstract

Eine Walze (10), insbesondere zum Vermahlen oder Desagglomerieren, hat einen steifen, zumindest im wesentlichen zylindrischen Kern (12) und einen drehfest mit letzterem verbundenen rohrförmigen Mantel (20), der sich über in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente auf dem Kern (12) abstützt. Zur Vergleichmäßigung der Abstützung des Mantels (20) auf dem Kern (12) und zur verbesserten Kühl- bzw. Heizmittelführung sind die Federelemente als auf dem Kern (12) befestigte, wendelförmige Federstege (18) ausgebildet, die unter einem Winkel alpha von wenigstens 10 Grad zur Walzenlängsachse (A) verlaufen, wobei je zwei benachbarte Federstege (18) zwischen sich einen Kanal (22) für Heiz- bzw. Kühlmittel begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Eine solche Walze ist aus der WO 95/33932 bekannt.

Walzen der vorgenannten Art kommen beispielsweise in Walzenmüh­ len zum Einsatz. Sie dienen insbesondere zum Mahlen oder auch zum Desagglomerieren unterschiedlicher Materialien, um für nachfolgende Prozeßschritte definierte Ausgangsbedingungen zu schaffen. Die Walzen können entweder mit einem definierten Abstand zu beispielsweise einer anderen Walze angeordnet sein, so daß ein definierter Mahl- bzw. Walzenspalt entsteht, oder sie können spaltfrei gegeneinander gepreßt sein.

Seit langem ist bekannt, daß es im Betrieb solcher Walzen zu einer gewissen Walzendurchbiegung kommt, d. h. der Walzenspalt ist im Betrieb über die Länge der Walze nicht konstant. Typi­ scherweise ist die Durchbiegung in der Mitte einer Walze am größten. Diese Walzendurchbiegung ist unerwünscht, denn sie führt zu einer Abweichung von den vorgegebenen Betriebsparame­ tern und damit zu einer größeren Schwankungsbreite der Eigen­ schaften des mit einer Walze behandelten Materials.

Zur Beseitigung dieses Problems sind viele Lösungen vorgeschla­ gen worden. Beispielsweise können sogenannte bombierte Walzen verwendet werden. Die Form dieser Walzen ist so berechnet, daß sie unter den gewünschten Betriebsbedingungen einen über die gesamte Länge der Walze konstanten Mahlspalt aufweisen. Nach­ teilig ist, daß eine bombierte Walze nur auf bestimmte Be­ triebsbedingungen hin optimiert sein kann, so daß bei anderen Betriebsbedingungen nach wie vor eine Walzendurchbiegung bzw. ein ungleichmäßiger Mahlspalt auftritt.

Auch bekannt sind sogenannte durchbiegungssteuerbare Walzen. Bei diesen wird mittels aufwendiger konstruktiver und steue­ rungstechnischer Anordnungen die im jeweiligen Betriebszustand auftretende Walzendurchbiegung ausgeglichen, indem beispiels­ weise mittels Hydraulikdruck Stützelemente gegen den Innenum­ fang einer Hohlwalze gedrückt werden. Hingewiesen sei in diesem Zusammenhang beispielshalber auf die EP-A-0 451 470, die EP-A- 0 482 318 und die EP-A-0 021 297.

Des weiteren ist es bekannt, die Walzen mittels eines Wärmeträ­ germediums zu kühlen oder zu heizen. Die DE 42 05 167 A1 be­ schreibt eine als Wärmetauscher dienende Walze mit einen Biege­ linienkompensator. Aus der eingangs bereits genannten WO 95/33932 ist bekannt, zwischen einem Walzenkern und einem Walzenmantel ringförmige Federelemente anzuordnen. Gemäß einer Alternative können die Federelemente auch die Form von Längs­ rippen haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze mit einem nicht gesteuerten, passiven Durchbiegungsausgleich anzugeben, deren Gebrauchseigenschaften verbessert sind.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federele­ mente, die zwischen dem Walzenmantel und dem Walzenkern ange­ ordnet sind, die Gestalt von auf den Walzenkern befestigten, wendelförmigen Federstegen haben, die unter einen Winkel von wenigstens 10 Grad zur Walzenlängsachse verlaufen. Anders als Längsrippen führen die wendelförmigen Federstege zu einer erheblich gleichmäßigeren Abstützung des Walzenmantels, denn es ist über die Länge der Walze unabhängig von deren Drehstellung immer eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Abstützstellen vorhanden. Bei einer Längsrippe hingegen findet entweder eine Abstützung auf der gesamten Länge der Walze statt, nämlich dann, wenn die Längsrippe sich unterhalb der Berührungslinie der Walze befindet, oder es findet gar keine direkte Abstützung statt, dann nämlich, wenn die Berührungslinie der Walze sich zwischen zwei benachbarten Längsrippen befindet. Die wendelförmigen Federstege bieten trotz der gleichmäßigen Abstützung des Walzenmantels, die in etwa mit der Abstützung vergleichbar ist, wie sie mit den aus der WO 95/33932 bekannten ringförmigen Federelementen erzielt wird, beste Voraussetzungen für die Durchströmung eines Wärmeträgerfluides, denn zwischen je zwei benachbarten wendelförmigen Federstegen ergeben sich Kanäle, durch die ein Wärmeträgerfluid ohne Strömungsumlenkung geführt werden kann. Hinzu kommt, daß die wendelförmigen Federstege im Betrieb, d. h. bei einer Drehung der Walze, eine Pumpwirkung auf das Wärmeträgerfluid ausüben, so daß abhängig vom Einsatzzweck auf eine separate Pumpe zur Umwälzung des Wärmeträgerfluids verzichtet werden kann. Insgesamt wird durch die wendelförmigen Federstege eine über die Länge der Walze gleichmäßigere Kühlung bzw. Erwärmung erreicht, was nicht nur der Lebensdauer des Walzenmantels zugute kommt, sondern auch die Qualität des behandelten Produktes fördert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Walze ist an jedem Ende des Walzenkerns ein federstegfreier Abschnitt vorhanden. Diese federstegfreien Endabschnitte haben auf die Gleichmäßigkeit der Abstützung des Walzenmantels keinen spürba­ ren Einfluß, ermöglichen jedoch auf vorteilhafte Weise die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgerfluides. So bildet gemäß einer Aus­ führungsform der eine federstegfreie Endabschnitt des Walzen­ kerns zusammen mit dem Walzenmantel einen Verteilerraum für das Wärmeträgerfluid, d. h. das Wärmeträgerfluid wird in diesen Verteilerraum eingespeist und verteilt sich von dort auf die Kanäle zwischen den Federstegen, während der federstegfreie Abschnitt am anderen Ende des Walzenkerns zusammen mit dem Walzenmantel einen Expansionsraum für das Wärmeträgerfluid bildet, aus dem letzteres abgeführt wird. Dieser Expansionsraum sorgt für eine Strömungsberuhigung und verhindert eine Pulsa­ tion des Wärmeträgerfluids.

Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung ist der Walzenkern der erfindungsgemäßen Walze mit einem inneren, zumindest an einem Walzenende offenen Hohlraum versehen, der durch erste Verbindungskanäle mit dem zuvor genannten Verteilerraum und durch zweite Verbindungskanäle mit dem Expansions­ raum für das Wärmeträgerfluid verbunden ist. Das Wärmeträger­ fluid kann bei dieser Ausführungsform durch die Achse der Walze dem genannten Hohlraum zugeführt werden, strömt dann durch die ersten Verbindungskanäle in den Verteilerraum, von dort durch die Kanäle zwischen den wendelförmigen Federstegen zum Expansi­ onsraum und dann durch die zweiten Verbindungskanäle wieder zurück in den inneren Hohlraum des Walzenkerns, aus dem das Wärmeträgerfluid dann abgeführt wird. Der Zu- und Abfluß des Wärmeträgerfluides in den Hohlraum ist dabei voneinander zu trennen, jedoch läßt sich dies einfach erreichen, beispielswei­ se mittels zweier konzentrisch zueinander angeordneter Leitun­ gen.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Walze ist der Walzenmantel kraftschlüssig mit den wendelförmi­ gen Federstegen verbunden. Das bedeutet, daß die von den Feder­ stegen auf den Mantel ausgeübten Kräfte dazu ausreichen, eine Drehbewegung des Walzenkerns auf den Walzenmantel zu übertra­ gen. Ebenso sind vorzugsweise die wendelförmigen Federstege kraftschlüssig mit dem Walzenkern verbunden. Beispielsweise können die wendelförmigen Federstege Teil einer Hülse sein, die an dem Kern befestigt ist. Diese Hülse kann z. B. auf den Wal­ zenkern aufgeschrumpft oder aufgegossen sein, alternativ kann sie aber auch mit anderen Mitteln am Walzenkern befestigt werden. Vorzugsweise sind bei einer Ausführungsform mit einer Hülse die Federstege einstückig mit dieser Hülse ausgebildet. Wird als Material für die Federstege ein Kunststoff verwendet, läßt sich ein solches hülsenförmiges Teil mit den daran ausge­ bildeten wendelförmigen Federstegen kostengünstig durch Gießen fertigen.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze ist jeder Federsteg formschlüssig mit dem Walzenkern verbunden, insbesondere mittels einer zugehörigen, im Walzenkern ausgebil­ deten Schwalbenschwanznut.

Die Neigung der wendelförmigen Federstege zur Walzenlängsachse, die wenigstens etwa 10 Grad betragen soll, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 30 Grad. In diesem Bereich besteht ein ausgewogenes Verhältnis zwischen gleichmäßiger Abstützung des Walzenmantels durch die Federstege und guter Pumpwirkung.

Obwohl die wendelförmigen Federstege erfindungsgemäß aus jedem federnd elastischen Material bestehen können, bestehen sie vorzugsweise aus Polyurethan mit einer Härte im Bereich von 80 bis 90 Shore.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Walze werden im folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze, wobei der Walzenkern ungeschnitten und der Walzenmantel im Längsschnitt wiedergegeben sind,

Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 im Längsschnitt, und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Walze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Querschnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine hier als Glattwalze ausgebilde­ te Walze 10 zum Vermahlen oder Desagglomerieren. Die Walze 10 umfaßt einen steifen, hohlzylindrischen Kern 12, der mittels zweier an ihm befestigter Flansche 14 drehbar gelagert werden kann (nicht dargestellt).

Auf dem Kern 12 ist eine Hülse 16 aus Polyurethan mit einer Härte von 80 bis 90 Shore durch Aufgießen befestigt. Alternativ kann die Hülse 16 auch auf den Kern 12 aufgeschrumpt oder mit dem Kern 12 verklebt sein. Mit der Hülse 16 einstückig ausge­ bildet, d. h. aus dem selben Material wie die Hülse bestehend, ist eine Reihe von auf der Hülse 16 wendelförmig verlaufender Federstege 18. Die Federstege 18 stehen radial von der Hülse 16 hervor und sind in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet.

Ein rohrförmiger Mantel 20 aus verschleißfestem Material stützt sich über diese Federstege 18 auf dem Kern 12 der Walze 10 ab. Der Mantel 20 drückt die Federstege 18 radial etwas zusammen, derart, daß die von den Federstegen 18 auf die Innenseite des Mantels 20 übertragenen Druckkräfte dazu ausreichen, den Mantel 20 mittels der Federstege 18 kraftschlüssig mit dem Kern 12 zu verbinden. Somit kommt es im Betrieb der Walze 10 zwischen dem Mantel 20 und den Federstegen 18 zu keiner Relativdrehbewegung.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft jeder Federsteg 18 unter einem Winkel α von 30 Grad zur Längsachse A der Walze 10. Je zwei benachbarte Federstege 18 begrenzen zwischen sich einen ebenfalls wendelförmigen Kanal 22 für Wärmeträgerfluid. Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, reichen die Federstege 18 nicht ganz bis zum Ende des Kerns 12, sondern es bleibt an jedem Ende des Kerns 12 ein Endabschnitt 24 federstegfrei. Zusammen mit dem Mantel 20 begrenzt der in den Fig. 1 und 2 linke federstegfreie Endabschnitt 24 einen Verteilerraum 26 für Wärmeträgerfluid, während der in den Fig. 1 und 2 rechte federstegfreie Endabschnitt 24 zusammen mit dem Mantel 20 einen Expansionsraum 28 für das Wärmeträgerfluid definiert.

Das Wärmeträgerfluid, das je nach Anwendungszweck zur Kühlung oder zur Beheizung der Walze 10 dienen kann, wird über eine koaxial zur Walzenlängsachse A angeordnete Einlaßleitung 30 in einen inneren Hohlraum 32 des Kerns 12 geführt. Im Betrieb sollte dieser Hohlraum 32 zur Vermeidung von Unwuchten voll­ ständig mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt sein. Von dem Hohlraum 32 aus gelangt das Wärmeträgerfluid durch erste Verbindungska­ näle 34 in den Verteilerraum 26, von wo aus es durch die Viel­ zahl der Kanäle 22 strömt, die zwischen den Federstegen 18 begrenzt sind. Im Betrieb der Walze 10, d. h. bei einer Drehbe­ wegung derselben in Richtung des Pfeils B, pumpen die wendel­ förmigen Federstege 18 das Wärmeträgerfluid vom Verteilerraum 26 zum Expansionsraum 28, wodurch der Mantel 20 gekühlt bzw. beheizt wird. Im Expansionsraum 28 beruhigt sich die Wärmeträ­ gerfluidströmung und das Wärmeträgerfluid kann ohne Pulsation durch zweite Verbindungskanäle 36 aus dem Expansionsraum 28 zurück in den Hohlraum 32 fließen. Von dort wird es durch eine konzentrisch zur Einlaßleitung 30 angeordnete Auslaßleitung 38 abgeführt. Eine Trennwand 40 verhindert, daß das durch die Einlaßleitung 30 einströmende Wärmeträgerfluid sich mit dem Wärmeträgerfluid vermischt, das durch die zweiten Verbindungs­ kanäle 36 zurück in den Hohlraum 32 strömt. Dichtungen 42 sorgen dafür, daß kein Wärmeträgerfluid zwischen den Flanschen 14 und dem Mantel 20 der Walze 10 austreten kann.

Die Federstege 18 haben vorzugsweise eine Höhe von etwa 10 bis 15 mm, eine Breite von etwa 8 bis 10 mm, und einen Abstand voneinander von etwa 50 bis 60 mm. Ersichtlich muß der Feder­ weg, den die Federstege 18 in radialer Richtung erlauben, größer sein als die zu erwartende Durchbiegung der Walze 10. Dies läßt sich durch eine geeignete Dimensionierung und Mate­ rialauswahl der Federstege 18 erreichen.

Fig. 3 zeigt ein alternatives zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Federstege 18 nicht an einer Hälse 16 ausgebildet sind, sondern jeder für sich in einer zugehörigen Schwalbenschwanznut des Kerns 12 befestigt sind. Die Funktion des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels unterscheidet sich nicht von der des ersten Ausführungsbeispiels.

Die Federstege 18 bestehen in den beiden beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen aus einem Material, welches selbst federnd elastische Eigenschaften hat. Dies ist jedoch nicht zwingend. Bei anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsformen ist das Material der Federstege selbst nicht oder kaum federnd ela­ stisch; die federnden Eigenschaften werden den Federstegen statt dessen durch separate Federelemente verliehen, die sich am Kern 12 abstützen. Als Federelemente kommen beispielsweise Elastomerelemente oder Schraubenfedern, aber auch Blattfedern und andere bekannte Federbauarten in Betracht.

Claims (11)

1. Walze (10), insbesondere zum Vermahlen oder Desagglomerie­ ren, mit

• - einen steifen, zumindest im wesentlichen zylindrischen Kern (12), und
• - einen drehtest mit dem Kern (12) verbundenen rohrförmigen Mantel (20), der sich über in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente auf dem Kern (12) abstützt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Federelemente auf dem Kern (12) befestigte, wendelförmige Federstege (18) sind, die unter einem Winkel von wenigstens 10 Grad zur Walzenlängsachse (A) verlaufen, und daß
• - je zwei benachbarte Federstege (18) zwischen sich einen Kanal (22) für Wärmeträgerfluid begrenzen.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Kerns (12) ein federstegfreier Abschnitt (24) vorhanden ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federstegfreien Endabschnitte (24) des Kerns (12) zusammen mit dem Mantel (20) einen Vertei­ lerraum (26) und einen Expansionsraum (28) für das Wärmeträger­ fluid bilden.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) einen inneren, zumin­ dest an einem Ende offenen Hohlraum (32) aufweist, der durch erste Verbindungskanäle (34) mit dem Verteilerraum (26) und durch zweite Verbindungskanäle (36) mit dem Expansionsraum (28) für das Wärmeträgerfluid verbunden ist.

5. Walze nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (20) kraftschlüssig mit den Federstegen (18) verbunden ist.

6. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstege (18) kraftschlüssig mit dem Kern (12) verbunden sind.

7. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstege (18) Teil einer Hülse (16) sind, die an dem Kern (12) befestigt ist.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstege (18) einstückig mit der Hülse (16) ausgebildet sind.

9. Walze nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Federsteg (18) formschlüssig mit dem Kern (12) verbunden ist, insbesondere mittels einer Schwalbenschwanznut.

10. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Federstege (18) zur Walzenlängsachse (A) in einen Bereich von 10 Grad bis etwa 30 Grad liegt.

11. Walze nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstege (18) aus Polyurethan bestehen, das vorzugsweise eine Shore A Härte von 80 bis 90 hat.