DE10153477A1 - Pressenschuh - Google Patents

Abstract

Pressenschuh (10), der vorgesehen ist, in einer Riemenmantelwalze oder Ähnlichem untergebracht und in der Pressrichtung (P) gegen eine Gegenwalze (11) belastet zu werden, um einen verlängerten Pressenspalt zu erzielen. Im Querschnitt des Schuhes (10) sind in einer zur Pressrichtung (P) senkrechten Ebene zwei in Längsrichtung des Schuhes (10) von dessen einem zum anderen Ende reichende Spalte (23, 24) vorgesehen, die in einer Position angeordnet sind, dass sie die Drillsteifigkeit um die Längsachse des Schuhes (10) bedeutend verringern, aber die Biegefestigkeit des Schuhes (10) in der Pressrichtung (P) nur wenig beeinträchtigen. Bevorzugterweise befinden sich die Spalte (23, 24) im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die durch die Flächemitte (P¶k¶) der Querschnittsfläche des Schuhes (10) laufende Neutralebene, die eine zur Belastungsrichtung des Schuhes (10) im wesentlichen senkrechte Ebene ist, auf deren einer Seite Druckspannung und auf der anderen Seite Zugspannung wirkt, wenn der Schuh gebogen wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Pressenschuh, der vorgese­ hen ist, in einer Riemenmantelwalze oder Ähnlichem unterge­ bracht und in der Pressrichtung gegen eine Gegenwalze bela­ stet zu werden, um einen verlängerten Pressenspalt zu erzie­ len.

In Langspaltpressen und -kalandern wird der Pressen­ spalt im allgemeinen zwischen einer rotierenden zylindri­ schen Gegenwalze und einem dieser in seiner Krümmung im wesentlichen entsprechenden stationären Pressenschuh gebil­ det, wobei ein flexibler und nicht zusammenpressbarer Riemen vorgesehen ist, über die Oberfläche des Pressenschuhes zu laufen. Bei den heutigen Schuhkonstruktionen muss der Pres­ senschuh mit der Gegenwalze genau parallel laufen, damit die Spaltdruckverteilung der Presse in Querrichtung der zu pres­ senden Bahn an allen Stellen gleich ist. Wenn die Richtung der Längsachse des Pressenschuhes z. B. wegen eines Ausrich­ tungsfehlers wesentlich von der Richtung der Gegenwalze abweicht, verhindert die große Drillsteifigkeit des Schuhes diesen daran, sich an die Form der Gegenwalze anzupassen, wodurch der Spaltdruck an verschiedenen Stellen der Bahn unterschiedlich ausfällt.

Aus der FI-Patentanmeldung 953527 ist eine Langspalt­ presse bekannt, bei der die Spaltdruckverteilung des Pres­ senschuhes in Maschinenrichtung verstellbar ist, indem gegen den Schuh am Anfang und Ende des Pressenspalts Korrektur­ kräfte gerichtet werden. Im Querschnitt des Schuhes sind Spalte ausgeführt, mit denen die relative Bewegungsmöglich­ keit dieser Bereiche in Bezug auf das zweite Presselement erleichtert wurde. Die Form des Schuhquerschnitts wird also zum Regeln der Spaltdruckverteilung verändert. Der durch die Korrekturkräfte in eine gewünschte Form gezwungene Schuh kann sich jedoch nicht frei an die Form der Gegenwalze und eventuelle Stellungsfehler anpassen.

Aus der DE-Patentschrift 30 30 233 ist ein aus zusam­ menpressbarem Material hergestellter Gleitschuh bekannt, der sich an Ungleichmäßigkeiten der Bahn und die Krümmung der Gegenwalze anpassen kann. Der Schuh wird von einem Metallfuß gestützt, der wiederum über ein mit einem Druckmedium be­ lastbares Druckkissen von einem Träger getragen wird, wobei das Kissen in Axialrichtung in mehrere Zonen verschiedenen Drucks unterteilt sein kann.

Aus der WO-Patentanmeldung 98/58122 ist eine Langspalt­ presse bekannt, in deren aus elastischem Material gefertig­ ten Pressenschuh sich mehrere hintereinander liegende Belastungsbereiche befinden, in welche verschieden große Belastungskräfte gerichtet werden.

Ein Pressenschuh gemäß der US-Patentschrift 5,582,689 weist im Pressenspaltbereich zwei hintereinander liegende hydrostatisch belastbare Bereiche auf, mit denen im Anfangs- und Endbereich des Pressenspalts auf Wunsch verschiedene Pressdrücke erzeugt werden können. Zusätzlich kann der Schuh in Axialrichtung in verschiedene Belastungsbereiche unter­ teilt sein, womit ermöglicht wird, die Durchbiegung zu kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in seiner Konstruktion einfachen Pressenschuh zu schaffen, mit dem die mit dem bekannten Stand der Technik verbundenen Probleme minimiert werden können.

Im einzelnen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Pressenschuh zu schaffen, der sich gegebenenfalls an eine von der Richtung des Schuhes abweichende Stellung der Gegenwalze anpassen kann und dennoch eine ausreichende Biegesteifigkeit behält, womit eine gleichmäßige Pressen­ spaltdruckverteilung in Querrichtung der zu pressenden Bahn erzielbar ist.

Zur Lösung dieser und der weiter unten deutlich werden­ den Aufgaben ist für den erfindungsgemäßen Pressenschuh cha­ rakteristisch, was im Kennzeichnungsteil von Patentanspruch 1 definiert ist.

In dem erfindungsgemäßen Pressenschuh sind zwei in Längsrichtung des Schuhes von dessen einem zum anderen Ende reichende Spalte ausgeführt. Diese Spalte befinden sich in einer senkrecht zur Pressrichtung verlaufenden Ebene und sie sind in einer Position angeordnet, dass sie die Drillstei­ figkeit um die Längsachse des Schuhes bedeutend verringern, aber die Biegesteifigkeit des Schuhes in Pressrichtung nicht wesentlich beeinträchtigen. Das wird z. B. dadurch erreicht, dass die Spalte im wesentlichen auf gleicher Höhe wie die durch die Flächenmitte (= Schwerpunkt) der Querschnittsflä­ che des Schuhes laufende Neutralebene angeordnet werden. Unter der Neutralebene ist eine im wesentlichen senkrecht zur Belastungsebene des Schuhes verlaufene Ebene zu verste­ hen, auf deren einer Seite Druckspannung und auf der anderen Seite Zuspannung wirkt, wenn der Schuh gebogen wird.

Die im Schuh ausgeführten Spalte können auch auf der gleichen Höhe liegen wie die Torsionsmitte der Querschnitts­ fläche des Schuhes. Die Spalte können an ihrem sich zur Außenfläche des Schuhes öffnenden Ende mit Stützteilen ge­ schlossen werden, die die Elastizität des Schuhes in Press­ richtung begrenzen. Die Höhe der Spalte kann 5 bis 20 mm betragen und deren gemeinsame Länge beträgt vorzugsweise 50 bis 70% der gesamten in Maschinenrichtung verlaufenden Dimension des Schuhes, womit in der Mitte des Schuhes ein einheitlicher Bereich ohne Spalte verbleibt, dessen Anteil 30 bis 50% von der genannten Dimension des Schuhes beträgt.

Vorzugsweise sind der Schuh und die in diesem vorhan­ denen Spalte so dimensioniert, dass der Drillungswiderstand der Querschnittsfläche des Schuhes höchstens das Doppelte im Vergleich zu dem Trägheitsmoment beträgt, das sich bezogen auf die senkrecht zur Pressrichtung und durch die Flächen­ mitte des Querschnitts laufende Achse errechnet.

Wenn in dem Schuh Spalte der oben erläuterten Gattung ausgestaltet werden, ist seine Drillsteifigkeit in Längs­ richtung des Schuhes kleiner als bei einem gewöhnlichen keine Spalte aufweisenden Schuh. Dabei kann sich der Schuh leichter um die Längsachse verdrehen und somit an die Gegen­ walze anpassen, wenn zum Beispiel die Achse der Gegenwalze nicht zur Längsachse des Schuhes parallel ist oder wenn die Achse der Pressenwalze und der Schuh sich in Maschinenrich­ tung in der Mitte mehr durchbiegen als an den Enden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Drillsteifig­ keit wesentlich verringert werden, so dass die für die in Querrichtung verlaufende Liniendruckverteilung wichtige Bie­ gesteifigkeit fast überhaupt nicht beeinträchtigt wird. Mit dieser einfachen Konstruktionslösung ist möglich, in Maschi­ nenrichtung an verschiedenen Stellen im wesentlichen gleiche Spaltdruckverteilung zu erreichen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben, auf deren Einzelheiten die Erfindung jedoch nicht eng begrenzt ist.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Pressenschuh im Querschnitt bei Anwendung in einem Langpressenspalt gezeigt.

In Fig. 2 ist der Querschnitt des erfindungsgemäßen Pressenschuhes als Detail dargestellt.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Pressenschuhes vom Stand der Technik.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt des erfindungsgemäßen Pressenschuhes.

Die Langspaltpresse nach Fig. 1 weist einen Pressen­ schuh 10 und eine Gegenwalze 11 auf, zwischen welchen eine verlängerte Pressenzone bzw. Pressenspalt N gebildet wird. Pfeil 12 zeigt die Drehrichtung der Gegenwalze 11 und gleichzeitig auch die Bewegungsrichtung der zu pressenden Bahn W durch den Pressenspalt N an. Über die Stirnfläche des Pressenschuhes 10 läuft ein den Mantel der Pressenwalze bil­ dender, aus flexiblem und nicht zusammendrückbarem Material hergestellter Riemen 13. Beim Nasspressen wird die Papier- oder Kartonbahn W zusammen mit einem Wasser aufnehmenden Presstuch 14 durch den Pressenspalt N geführt, wobei das Tuch wahlweise an der Unter- oder Oberseite der Bahn W lau­ fen kann oder alternativ kann jeweils ein Presstuch auf beiden Seiten der Bahn vorhanden sein.

Der innerhalb der unendlichen Bandschleife 13 unter­ gebrachte Pressenspalt 10 wird mit hydraulischen Belastungs­ elementen 15 in Pressrichtung P gegen die Gegenwalze 11 be­ lastet, wobei von den Belastungselementen 15 in Laufrichtung der Bahn nur eines aber in Richtung der Bahnbreite mehrere nebeneinander vorgesehen sind. Die Belastungselemente 15 sind an den Trägerkonstruktionen des Pressenschuhes 10 abge­ stützt, die im wesentlichen auf der Stelle bleiben, wobei der Riemen 13 während des Pressvorgangs die endlose Bahn­ strecke umläuft. Die Belastungselemente 15 weisen einen zweiteiligen Außenzylinder 15a, 15b und einen in diesem untergebrachten Innenzylinder 16 auf. Der obere Teil 15a des Außenzylinders ist mit Befestigungselementen 18 am Pressen­ schuh 10 und der untere Teil 15b mit entsprechenden Befe­ stigungselementen 18 am Tragbalken 17 des Pressenschuhes 10 befestigt. Innerhalb des Innenzylinders 16 ist ein freier Raum ausgestaltet, in den zwecks Belastung des Pressenschu­ hes 10 in Pressrichtung P gegen die Gegenwalze 11 durch einen im Tragbalken 17 vorhandenen Kanal 19 ein Druckmedium geführt wird. Die Außenfläche des Innenzylinders 16 ist mit zwei Dichtringen 20 gegen die Innenfläche der Außenzylinder­ teile 15a, 15b abgedichtet.

An der Stirnfläche des Pressenschuhes 10 befindet sich eine hydrostatische Kammer 21, in die durch den Kanal 22 ein Druckmedium geführt wird. Der Spalt N der Presse weist somit in der Mitte des Schuhes einen hydrostatisch belasteten Be­ reich auf, wobei sich vor bzw. hinter diesem im Vorder- bzw. Hinterteil des Schuhes hydrodynamisch geschmierte Bereiche befinden.

In Fig. 2 ist die Form des Querschnitts des erfindungs­ gemäßen Pressenschuhes 10 als Detail dargestellt. Der Pres­ senschuh 10 ist aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig großer Steifigkeit aus einem Stück gefertigt. Zur Reduzie­ rung der Drillsteifigkeit weist der Pressenschuh 10 zwei in seiner Längsrichtung d. h. in Querrichtung der Papiermaschine von einem Ende des Pressenschuhes zum anderen reichende Spalte 23 und 24 auf, von denen der erste 23 an der Vorder­ seite 25 des Schuhes und der zweite 24 an der Hinterseite 26 des Schuhes beginnt. Die Höhe h der Spalte 23, 24 beträgt vorzugsweise 5 bis 20 mm. Beide Spalte 23, 24 erstrecken sich in derselben zur Pressrichtung P senkrechten Ebene von der Seitenfläche 25, 26 des Schuhes zum einheitlichen Bereich des Mittelteils des Schuhes hin. Die Länge s des in der Mitte des Pressenschuhes 10 verbleibenden spaltlosen Bereichs be­ trägt vorzugsweise 30 bis 50% der gesamten in Maschinen­ richtung verlaufenden Dimension L. An beiden sich zu den Seitenflächen 25, 26 des Schuhes öffnenden Enden der Spalte 23, 24 ist ein Stützteil 27 angebracht, das die Aufgabe hat, die Elastizität des Schuhes 10 in Pressrichtung zu begren­ zen. Die Stützteile 27 sind aus steifem Material und ihre Höhe entspricht im wesentlichen der Höhe der Spalte 23 und 24.

In Fig. 3 und 4 sind die Stellen der Flächenmitte P_k und der Torsionsmitte V_k einmal in einem einheitlichen Pressenschuh 30 vom Stand der Technik und zum anderen in einem entsprechende Außenmaße aufweisenden, mit Spalten 23, 24 versehenen Presenschuh 10 dargestellt. Die Bahn läuft im Pressenspalt in der durch die X-Achse gekennzeichneten Richtung und die Spaltbelastung verläuft im wesentlichen in Richtung der Y-Achse. Die Längsachse des Spaltes, die in die Figuren nicht eingezeichnet ist, verläuft von der Ebene der Querschnittsfläche senkrecht nach außen.

Im Optimalfall sind Pressenschuh und Gegenwalze genau parallel, wobei das Profil des zwischen diesen wirkenden Pressendruckes auf der ganzen Bahnbreite konstant ist. Wenn die Axialrichtungen von Pressenschuh und Gegenwalze vonein­ ander abweichen, sind die auf den Querschnitt des Schuhes jeweils wirkenden Kräfte und Momente an verschiedenen Stel­ len in Längsrichtung des Schuhes unterschiedlich. Dabei richten sich auf den Schuh Torsions- und Biegemomente, die bestrebt sind, die Geometrie des Schuhes zu verändern.

Wenn ein Torsionsmoment auf den Schuh wirkt, sind die in Längsrichtung hintereinander liegenden Querschnittsflä­ chen bestrebt, sich einander entgegengesetzt zu bewegen, wobei sie sich um die Torsionsmitte V_k drehen. Die Drill­ steifigkeit des Schuhes hängt von der Größe der Quer­ schnittsfläche und Geometrie des Schuhes ab und sie wird durch den Drillungswiderstand beschrieben.

Das auf den Schuh gerichtete Biegemoment erzeugt in diesen einen Spannungszustand, der bestrebt ist, den Schuh zum einen in Längsrichtung zu dehnen und zum anderen in der gleichen Richtung zusammenzudrücken. In dem Schuh befindet sich dabei immer eine zur Wirkungsrichtung der biegenden Kraft senkrechte Ebene, in der die Biegespannung null ist. Diese Ebene läuft im allgemeinen durch den Schwerpunkt bzw. die Flächenmitte P_k des Querschnitts des Schuhes und sie wird als Neutralebene bezeichnet. Wird der Schuh nur durch die Spaltlast belastet, deren Richtung P senkrecht zur Längsachse des Schuhes verläuft, läuft die Schnittlinie der der Querschnittsfläche und der Neutralachse, d. h. die sog. Neutralebene, durch die Flächenmitte P_k des Querschnitts ungefähr in Richtung der X-Achse. Die Biegesteifigkeit in Pressrichtung P ist dabei proportional zu dem berechneten Trägheitsmoment I_x das sich auf die X-Achse bezieht.

Das auf die durch die Flächenmitte P_k laufende X-Achse bezogene Trägheitsmoment I_x des Schuhes 30 nach Fig. 3 hat eine Größe von 3,225 × 10^-5 und der auf die Längsachse des Schuhes 30 bezogene Drillungswiderstand beträgt 1,035 × 10^-4. In dem Schuh 10 nach Fig. 4 hat das entsprechende Trägheitsmoment I_x eine Größe von 3,215 × 10^-5 und der Dril­ lungswiderstand eine Größe von 3,747 × 10^-5. Daraus kann errechnet werden, dass wenn die Schuhkonstruktion nach Fig. 3 mit in Fig. 4 gezeigten Spalten versehen wird, der Dril­ lungswiderstand des Schuhes sogar 64% abnimmt, wogegen das berechnete, auf die X-Achse bezogene Trägheitsmoment I_x nur 0,3% abnimmt. Daraus folgt, dass der Schuh nach Fig. 4 sich wesentlich leichter um seine Längsachse verdreht als der Schuh nach Fig. 3, aber beim Verdrehen des Schuhes die Form seines Querschnitts und somit auch die Spaltdruckverteilung fast unverändert bleibt.

Das Verhältnis des Drillungswiderstands und des für die X-Achse berechneten Trägheitsmoments I_x beim Schuh nach Fig. 3 beträgt 3,21 und beim Schuh nach Fig. 4 nur 1,17. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Drillungswiderstand des Schuhquerschnitts im Vergleich zu dem für die durch die Flächenmitte P_k der Querschnittsfläche laufende X-Achse ge­ rechneten Trägheitsmoment I_x höchstens das Doppelte beträgt.

Claims (7)

1. Pressenschuh (10), der vorgesehen ist, in einer Rie­ menmantelwalze oder Ähnlichem untergebracht und in der Pressrichtung (P) gegen eine Gegenwalze (11) belastet zu werden, um einen verlängerten Pressenspalt zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt des Schuhes (10) in einer zur Pressrichtung (P) senkrechten Ebene zwei in Längsrichtung des Schuhes (10) von dessen einem zum anderen Ende reichende Spalte (23, 24) vorgesehen sind, die in einer Position angeordnet sind, dass sie die Drillsteifigkeit um die Längsachse des Schuhes (10) bedeutend verringern, aber die Biegesteifigkeit des Schuhes (10) in der Pressrichtung (P) nur wenig beeinträchtigen.

2. Pressenschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Spalte (23, 24) im wesentlichen auf der glei­ chen Höhe liegen wie die durch die Flächenmitte (P_k) der Querschnittsfläche des Schuhes (10) laufende Neutralebene, die eine zur Belastungsrichtung des Schuhes (10) im wesent­ lichen senkrechte Ebene ist, auf deren einer Seite Druck­ spannung und auf der anderen Seite Zugspannung auftritt, wenn der Schuh gebogen wird.

3. Pressenschuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spalte (23, 24) im wesentlichen auf der gleichen Höhe liegen wie die Torsionsmitte (V_k) der Quer­ schnittsfläche des Schuhes (10).

4. Pressenschuh nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den sich zur Fläche (25, 26) des Schuhes öffnenden Enden beider Spalte (23, 24) ein Stützteil (27) befindet, welches die Aufgabe hat, die Elastizität des Schuhes (10) in Pressrichtung (P) zu begrenzen.

5. Pressenschuh nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Spalte (23, 24) 5 bis 20 mm beträgt.

6. Pressenschuh nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Länge der Spalte (23, 24) 50 bis 70% der ganzen in Maschinenrichtung verlau­ fenden Länge (L) des Querschnitts von Schuh (10) beträgt.

7. Pressenschuh nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drillungswiderstand der Querschnittsfläche des Schuhes (10) höchstens des Doppelte im Vergleich zu dem Trägheitsmoment beträgt, das sich be­ zogen auf die senkrecht zur Pressrichtung (P) und durch die Flächenmitte (P_k) des Querschnitts laufende Achse errechnet.