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Gegenstand
dieser Erfindung ist eine Lageranordnung für eine in einer Papier-/Kartonmaschine oder
Ausrüstungsmaschine
einzusetzende Durchbiegungseinstellwalze, die einen um ein feststehendes Querhaupt
drehbar gelagerten Walzenmantel umfasst. Ein spezieller Gegenstand
der Erfindung ist eine Lageranordnung für eine Durchbiegungseinstellwalze
mit Verbundstoffmantel.
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In
Papiermaschinen werden allgemein Walzen eingesetzt, die zusammen
mit einer Gegenwalze einen zum Entwässern, Egalisieren oder Glätten dienenden
Nip bilden.
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Bei
diesen Einsatzarten der Walze ist es wichtig, dass die Liniendruckverteilung,
d.h. das Liniendruckprofil des Nips in axialer Richtung der Walzen auf
einem konstanten Wert gehalten oder dass dieses Druckprofil zum
Beispiel zwecks Steuerung des Feuchte- und/oder Dickenprofils der
Papierbahn in Querrichtung in gewünschter Weise reguliert werden kann.
Für diesen
Zweck kennt man bereits verschiedenartige Durchbiegungseinstellwalzen,
mit denen man Einfluss auf die Liniendruckverteilung des Nips zu
nehmen sucht.
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Besonders
interessant im Hinblick auf die Profilierung sind jene Durchbiegungseinstellwalzen, deren
Mantel ausreichende Elastizität
hat um auch dann auf den von den Stützelementen ausgeübten Druck
zu reagieren, wenn diese Elemente/Kammern in dichter Folge angeordnet
sind. Walzenmäntel
aus faserverstärktem
Kunststoff oder dünne
Metallmäntel gestalten
sich in dieser Beziehung vorteilhaft.
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Man
kennt bereits verschiedenartige Durchbiegungseinstellwalzen für Papiermaschinen.
Diese Walzen umfassen im Allgemeinen eine entweder massive oder
rohrartige stationäre
Achse (Träger, Querhaupt)
und einen um diese drehbar angeordneten Walzenmantel. Zwischen der
besagten Achse und dem Mantel sind auf die Mantelinnenfläche wirkende
hydraulisch belastbare Stützelemente und/oder
eine druckmediumbeaufschlagte Kammer oder Kammerreihe so angeordnet,
dass mit ihnen das axiale Profil des Mantels an der Nipstelle korrigiert
oder in gewünschter
Weise reguliert werden kann. Im Allgemeinen werden die von solchen
Walzen gebildeten Nips, wie etwa Press- und Glättnips, durch Kräfte belastet,
die auf die Achszapfen der Durchbiegungseinstellwalze und ihrer
Gegenwalze wirken.
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Die
Durchbiegungseinstellwalzen können entweder
Walzen mit Belastungsarm sein, bei denen der Walzenmantel an seinen
Enden in der Regel so an der Achse gelagert ist, dass sich die Walzenmantelenden
in radialer Richtung nicht relativ zur Achse bewegen können, oder
es können
belastungsarmlose Walzen sein, bei denen die Hublänge der
Kolben-Zylinder-Elemente der hydraulischen Stützelemente so groß bemessen
ist, dass sie auch für
die Nipöffnungsbewegung
und entsprechend für
die Nipschließbewegung
ausreicht, sogar so, dass sich auf die Walzenachsenenden wirkende,
mit Kraftvorrichtungen versehene Belastungsarme völlig erübrigen.
Bei solchen belastungsarmlosen Walzen bewirken die hydraulischen
Stützelemente,
die gegen die Mantelinnenfläche
wirken, neben der Profilierung und der Kompensation der Durchbiegung
gleichzeitig auch die eigentliche Nipbelastung. Diese bereits bekannten
belastungsarmlosen Durchbiegungseinstellwalzen weisen jedoch als
Mangel eine komplizierte Konstruktion auf, und es gestaltet sich
bei ihnen schwierig, die Kolben-Zylinder-Elemente zwischen der stationären Achse
und dem Walzenmantel mit einer ausreichenden Hublänge auszustatten
und mit diesen Elementen ausreichend große Nipbelastungs- und -kompensationskräfte zu bewirken.
Vor allem die Stirnseitenbereiche des Walzenmantels haben sich in
dieser Beziehung als besonders problematisch erwiesen. Die Lagerung
im Stirnseitenbereich kann entweder mit Wälz- oder mit Gleitlagern verwirklicht
werden.
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Bei
der mit Gleitlagern mit Hub versehenen Walze ist die Lagerung mittels
4 bis 8 hydrostatischer Gleitlagerelemente verwirklicht, die sich
in Nipebene um eine Hublänge
bewegen. Die Position der Gleitschuhe wird mit Hilfe des erforderlichen
Belastungsdruckes geregelt. In der FI-Patentschrift 98320 ist eine
für eine
Durchbiegungseinstellwalze konzipierte Lagerung mit Hub beschrieben,
bei der sich der Walzenmantel sowohl in der Ebene der Hauptbelastungsrichtung
als auch rechtwinklig dazu in der Seitenlagerungsebene relativ zur
Walzenachse bewegen kann. Eine Ausführungsform einer solchen mit Hub
versehenen oder mantelbeweglichen Walze wird weiter unten im Text
in Verbindung mit 1 bis 3 beschrieben. Mit den heutigen
Gleitlagerungen mit Hub lässt
sich jedoch in der Praxis wegen der Neigung der Seitenstützschuhe
kein Hub über ± 20 mm
bewirken.
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Durch
Wälzlagertechnik
mit Hub lässt
sich auch eine etwas größere Hublänge verwirklichen
mit einer Konstruktion, bei der der Walzenmantel drehbar durch Lager
gelagert ist, die auf Ringteilen angeordnet sind, wobei zwischen
den Ringteilen und der stationären
Achse hydraulische Kraftvorrichtungen – im Allgemeinen in gegenseitiger
Winkelstellung angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten – vorhanden sind, mit denen
der Hub ausgeführt
wird. Auf der Nipseite und der Nipgegenseite sind zwei Kolben angeordnet,
damit die erforderliche Kraft über
das Lager auf den Mantel übertragen
werden kann. Die Kolben sind, um den Platzbedarf zu minimieren,
in gegenseitiger Winkelstellung angeordnet. Eine solche Lösung ist
in dem früheren
Patent FI 79177 der Anmelderin beschrieben. Wälzlager haben erstens den Nachteil schwierigen
Erreichens der Mindestbelastung, zweitens aber auch der Geschwindigkeitsbeschränkung, weshalb
das Interesse an Gleitlagerung zugenommen hat. Auch eignet sich
die Lösung
nach FI 79177 nicht für
den Verbundstoffmantel, denn das Erreichen der Mindestbelastung
des Pendelrollenlagers gestaltet sich besonders schwierig beim Verbundstoffmantel,
weil dessen Masse (ca. 1000 kg) um sehr viel geringer ist als die
des Gusseisenmantels (ca. 10.000 kg) und weil der Verbundstoffmantel
auch der für
die Rollenlager-Mindestbelastung erforderlichen Kraft im Stirnseitenbereich
nicht gewachsen wäre.
Beim Verbundstoffmantel braucht der Stirnseitenbereich auch nicht
wie beim Gusseisenmantel mit dem Lager profiliert zu werden.
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Bei
der hublosen Gleitlagerwalze ist die Lagerung durch hydraulische
Gleitlagerelemente verwirklicht, die sich mittels eines Regelventils
stets an die gleiche Stelle positionieren. Der erforderliche Hub ist
durch separate walzenexterne Belastungszylinder verwirklicht. Von
der finnischen Offenlegungsschrift Nr. 20001099 her ist eine Lösung zur
hublosen Gleitlagerung einer Walze bekannt. Eine solche Lösung wird
nachstehend in Verbindung mit 4 beschrieben.
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Eine
der Aufgaben dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
Lagerungslösung,
die ausreichende Hublängen
ermöglicht
und gleichzeitig eine effektive, nicht geschwindigkeitsbegrenzte
Lagerung liefert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,
eine Papier-/Kartonmaschinen- oder Ausrüstungsmaschinen-Durchbiegungseinstellwalze
mit einem um ein stationä res
Querhaupt drehbar gelagerten, aus Verbundstoff bestehenden Walzenmantel
zu schaffen.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, dass die Lageranordnung
einen im Stirnseitenbereich des Querhauptes angeordneten, sich radial
relativ zum Querhaupt bewegenden Stützring aufweist, um den herum
eine hublose Gleitlagerung ausgebildet ist, die die Walzenmantel-Innenfläche stützt, wobei
die Lageranordnung zwischen dem Stützring und dem Querhaupt auf
in Belastungsrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten des
Querhauptes Belastungselemente hat, die die gewünschte Belastungsbewegung des
Stützringes bewirken,
und dass die Lageranordnung quer zur Richtung der Belastungsbewegung
betrachtet auf einander entgegengesetzten Seiten des Querhauptes
angeordnete Führungselemente
aufweist, die einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf der Belastungsbewegung
sichern. Die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemäßen Walze
mit Verbundstoffmantel wiederum sind im kennzeichnenden Teil von
Patentanspruch 6 definiert.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 und 2 das schematische Schnittbild einer
gleitgelagerten rohrförmigen
Walze nach dem Stand der Technik;
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3 in schematischer Darstellung
eine dem Stand der Technik entsprechende, zum Abstützen des
Walzenmantels in Richtung der Belastungsebene dienende Anordnung,
die ein Bewegen des Walzenmantels relativ zur Walzenachse erlaubt;
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4 in schematischer Darstellung
eine andere dem Stand der Technik entsprechende, zum Abstützen des
Walzenmantels in Richtung der Belastungsebene dienende Anordnung,
die kein Verlagern des Walzenmantels relativ zur Walzenachse erlaubt;
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5 einen schematischen Vertikalschnitt durch
eine mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung
ausgestattete Walze;
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6 die Walze von 5 im Horizontalschnitt.
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1 und 2 zeigen eine dem Stand der Technik entsprechende
gleitgelagerte rohrförmige Walze
im Schnitt, wobei in 1 ein
axialer Vertikalschnitt der Walze und in 2 ein Schnitt II-II nach 1 dargestellt ist. In 1 und 2 ist
die Durchbiegungseinstellwalze als solche mit der Bezugszahl 110 bezeichnet.
Diese Walze umfasst ein feststehendes Querhaupt 111 und
auf diesem drehbar angeordnet einen Walzenmantel 112, der
mit Hilfe hydraulischer Stützelemente
117 am Querhaupt abgestützt ist.
Die hydraulischen Stützelemente 117 wirken
in Richtung der Nipebene, und mit ihnen kann die Form des Walzenmantels 112 reguliert
und das Nipprofil in axialer Richtung der Walze gesteuert werden.
Das Hydraulikfluid wird über
die Druckleitungen 117a entweder separat für jedes
Stützelement 117 oder
für aus
mehreren Elementen 117 bestehende Gruppen herangeführt.
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Gelagert
ist die Walze 110 über
Gleitlagerelemente, von denen die in Belastungsrichtung, bei der
in 1 und 2 dargestellten Walze in Richtung der
Nipebene wirkenden Gleitlagerelemente mit den Bezugszahlen 114 und 114a belegt
sind. Die ersten Gleitlagerelementpaare 114 wirken in Niprichtung hin,
d. h. gegen die Belastung, die zweiten Gleitlagerelemente 114a in
entgegengesetzter Richtung. In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist außerdem
gezeigt, dass die Walze 110 auch quer zur Belastungsrichtung
wirkende Gleitlagerelemente 115, 115a hat, die
in einander entgegengesetzten Richtungen wirken. Die Walze 110 ist
eine ausschließlich
gleitgelagerte Walze, die auch axial in einander entgegengesetzten
Richtungen wirkende Gleitlagerelemente 116, 116a hat,
die über
einen Ölfilm
an den Walzenstirnseiten 113, 113a anliegen. Wie
aus 1 und 2 ersichtlich, liegen die
in radialer Richtung wirkenden Gleitlagerelemente 114, 115, 114a, 115a über einen Ölfilm an
der Innenfläche
des Walzenmantels 112 an. Bei der Darstellung in 1 sind die in radialer Richtung
wirkenden Gleitlagerelemente 114, 114a, 115, 115a paarweise
so angeordnet, dass sich jeweils zwei „gleiche" Gleitlagerelemente in axialer Richtung
nebeneinander befinden. Funktionsmäßig ist ein solches Arrangement
jedoch nicht unbedingt erforderlich, denn die Lagerung kann statt
mit solchen „Doppelelementen" zum Beispiel auch
mit nur einem Gleitlagerelement-Paar erfolgen.
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Aus 2 wiederum ist ersichtlich,
dass die Gleitlagerelemente 114, 114a, 115, 115a so
angeordnet sind, dass sie in Richtung der Belastungsebene und quer
zur Belastungsebene wirken. Die Gleitlagerelemente 114, 114a sind
in dem Beispiel in 2 so angeordnet,
dass sie radial in verschiedenen Winkelstellungen wirken.
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3 zeigt das schematische
Schnittbild einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung
zum Lagern der Walze mittels Gleitlagern mit Hub.
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Auch
in 3 trägt das Querhaupt
der Walze die Bezugszahl 111 und der Walzenmantel die Zahl 112.
Gestützt
wird der Walzenmantel 112 mittels gegen die Walzenmantel-Innenfläche 122 belasteter Gleitlagerelemente 114, 115,
die, wie in 3 gezeigt,
so in einander entgegengesetzten Richtungen wirken, dass das erste
Gleitlagerelement 114 den Walzenmantel 112 zu
der auf den Walzenmantel wirkenden äußeren Belastung hin, also zum
Nip hin, und das zweite Gleitlagerelement 115 entsprechend
in entgegengesetzter Richtung belastet/stützt.
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In
der Konstruktion nach 3 haben
die Gleitlagerelemente 114,115 druckbeaufschlagbare Hohlräume 61, 62,
und für
jedes der Gleitlagerelemente 114, 115 sind am
Querhaupt 111 Basisteile 63, 63a vorhanden,
die sich in die besagten Hohlräume 61, 62 der
Gleitlagerelemente erstrecken und gegen diese Hohlräume mit
Dichtungen 70, 71 so abgedichtet sind, dass sich
die Gleitlager elemente 114, 115 relativ zu den
Basisteilen 63, 63a bewegen können. In ihrer Konstruktion
entsprechen die Gleitlagerelemente 114, 115 dem
Herkömmlichen
derart, dass sie an ihrer Außenfläche Öltaschen 64, 65 haben,
die über durch
die Elemente hindurch geführte
Kapillarbohrungen 66, 67 mit den Druckkammern 61, 62 in
Verbindung stehen. Aus den Druckkammern 61, 62 kann somit über die
Kapillarbohrungen Öl
in die Öltaschen 64, 65 fließen und
einen Ölfilm
zwischen den Gleitlagerelementen 114, 115 und
der Walzenmantel-Innenfläche 122 bilden.
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In 4 ist die Anordnung gemäß Offenlegungsschrift
20001099 zur hublosen Lagerung des Walzenmantels gezeigt. Die Zeichnung
zeigt das feststehende Querhaupt 1 mit dem daran drehbar
angeordneten Walzenmantel 2. Die auf den Mantel 2 wirkende äußere Belastung
ist durch den Pfeil F bezeichnet. Die in Richtung der Belastungsebene
wirkende Lagerung umfasst das der Belastung entgegenwirkende Gleitlagerelement 3 mit
seinem Hohlraum 12 sowie das in Belastungsrichtung wirkende Gleitlagerelement 4 mit
seinem Hohlraum 13. Gesteuert werden diese Gleitlagerelemente 3, 4 der
Lagerung mit dem Steuerventil 7, das mechanisch unten ans
Gleitlagerelement 3 gekoppelt ist und unmittelbar durch
die Bewegung des Elements gesteuert wird. Wird das Element einer äußeren Belastung
ausgesetzt, so erhöht
sich der Druckstrom über
das Ventil 7 in den unter dem Element befindlichen Hohlraum 12 unverzüglich während gleich zeitig
das entgegengesetzte Element 4 auf Minimaldruck gehalten
wird. Walzenmantel und Querhaupt bewegen sich dabei nicht relativ
zueinander. Die Funktion einer solchen hublosen Lagerung ist in
FI-20001099 im Einzelnen beschrieben und soll hier nicht näher erörtert werden. Die
seitliche Lagerung des Walzenmantels ist auf an sich bekannte Weise,
zum Beispiel wie in der FI-Patentschrift 98320 beschrieben, durch
Seitenlagerelemente 5 und 6 verwirklicht, und
auch auf deren Funktion wird hier nicht näher eingegangen.
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In 5 und 6 ist die erfindungsgemäße Lösung schematisch
im Schnitt dargestellt. Die erfindungsgemäße Lageranordnung 170 nach 5 und 6 hat einen auf dem stationären Querhaupt 161 angeordneten
nicht rotierenden Stützring 162,
um den herum eine Gleitlagerung angeordnet ist, die bei der gezeigten
Ausführungsform
in der Ebene der Hauptbelastungsrichtung K-K wirkende hydrostatische hublose
Gleitlagerelemente 164 und in Querrichtung wirkende entsprechende
Gleitlagerelemente 165 umfasst, wobei an der Gleitfläche der
Gleitlagerelemente Öltaschen 166 ausgebildet
sind. Bevorzugt sind vier solche Gleitlagerelemente 164 vorhanden,
die paarweise beiderseits der Ebene der Hauptbelastungsrichtung
so angeordnet sind, dass das eine Paar in Hauptbelastungsrichtung
und das andere Paar gegen die Hauptbelastungsrichtung wirkt. Die Anzahl
der Elemente kann jedoch auch größer oder kleiner
als oben genannt sein. Dabei ist der Walzenmantel 160 im
Wesentlichen unbeweglich gegenüber dem
Stützring 162,
bewegt sich aber zusammen mit dem Stützring 162 in der
Ebene der Hauptbelastungsrichtung relativ zum Querhaupt 161.
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Der
Stützring 162 ist
am Querhaupt 161 durch Kraftvorrichtungen abgestützt, die
aus Zylinderbohrungen 169 im Stützring 162, in die
am Querhaupt 161 anliegende Hydraulikkolben 163, 173 beweglich
eingepasst sind, bestehen. Zwischen dem Belastungskolben 163, 173 und
dem Zylinder sind Dichtungen 168 angeordnet. Die Kraftvorrichtungen sind
gemäß 5 und 6 so angeordnet, dass ihre Wirkrichtung
im Wesentlichen mit der Richtung der Belastungseben K-K zusammenfällt. Die
Anordnung umfasst weiter in Richtung quer zur Belastungsbewegung
betrachtet auf einander entgegengesetzten Seiten des Querhauptes 161 angeordnete
Führungselemente
oder Seitenlager 171, die für eine im Wesentlichen geradlinige
Belastungsbewegung des Stützringes 172 sorgen.
In 6 tragen die hydraulischen
Stützelemente
die Bezugszahl 117 und die die Gegenzone bildenden Elemente
die Bezugszahl 117b. Die Bezugszahl 116 bezeichnet
in axialer Richtung wirkenden Gleitlagerelemente.
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Soll
die Walze zur Gegenwalze hin oder von dieser weg bewegt werden,
so wird hierzu der Ring mit Hilfe der Kraftvorrichtungen in der
Belastungsebene verlagert. Dazu wird, zum Beispiel durch das Querhaupt 161 hindurch
oder über
eine separate Leitung, Hydraulikfluid in den unter dem einen Hydraulikkolben 163 vorhandenen
Raum 172 geleitet. Die Kolben 163 sind kompakt,
und ein Durchfluss von Öl zur
Außenfläche des
Ringes hin findet nicht statt. Der Ring verlagert sich relativ zum
Querhaupt 161. Gleichzeitig verlagert sich auch der Walzenmantel. Die
maximale Länge
der Verlagerung ist gleich der Hublänge X, die der Kolben 163, 173 zulässt. Die
Anordnung der Kraftvorrichtung am Ring zwischen den Lagerelementen
ist aus Platzgründen
vorteilhaft, wobei dann der Walzendurchmesser nicht vergrößert zu werden
braucht.
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Die
Anordnung nach 5 und 6 erlaubt auch große Stützring-Hublängen in
Richtung der Belastungsebene K-K,
zum Beispiel in der Größenordnung
von ± 60
mm oder mehr, weil ja die Kraftvorrichtungen so angeordnet sind,
dass ihre Wirkrichtung im Wesentlichen mit der Richtung der Belastungsebene K-K
zusammenfällt.
Bei der Rollenlageranordnung mit Hub gemäß dem Stand der Technik verursacht die
Winkelstellung der Kraftvorrichtungen Probleme bezüglich der
Hublänge;
außerdem
sind die Rollenlager geschwindigkeitsbegrenzt, und dieses Problem entfällt bei
der erfindungsgemäßen Lösung, bei
der Gleitlagerung um einen Stützring
herum zur Anwendung gebracht wird. Die Gleitlagerung kann hublos zum
Beispiel auch als hydrodynamisches Lager oder als Hybridlager, bei
dem an der als Lagerfläche
dienenden Außenfläche des
Stützringes
kleine Öltaschen
oder -rillen ausgebildet sind, verwirklicht werden.
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An
der radialen Außenfläche des
Stützringes 162 sind
Vertiefungen 174 ausgebildet, in die die Gleitlagerelemente 164 eingepasst
werden. Diese Vertiefungen 174 können zum Beispiel aus Zylinderbohrungen
bestehen, sie können
aber auch Rillen- oder Taschenform haben, wobei dann das in die
Rille bzw. Tasche geleitete Hydraulikfluid den Walzenmantel 160 unmittelbar,
d.h. ohne besondere Gleitlagerelemente trägt. Bevorzugt werden die Vertiefungen 174 an
der Außenfläche des
Stützringes 162 so
angeordnet, dass sich beiderseits der Hauptbelastungsebene K-K sowohl
auf der Nipseite als auch auf der dazu entgegengesetzten Seite der
Walze je zwei Vertiefungen 174, 174' befinden. Weiter sind an der Außenfläche des
Stützringes 162 Vertiefungen 174'' für die so genannten Seitenlager 165 vorhanden.
Die Vertiefungen 169 sind an der Innenfläche des
Stützringes 162 in
der Hauptbelastungsebene zwischen den außenseitigen Vertiefungen 174 angeordnet.
Die Vertiefungen 169 sind bevorzugt so mit einem Hohlbohrer
ausgeführt,
dass das in Bohrungsmitte verbleibende Kolbenteil 163 ein
mit dem Stützring 162 zusammenhängendes
Stück bildet.
In die mit Hohlbohrer hergestellte Vertiefung 169 ist beweglich
ein Gegenstück 173 eingepasst,
das am Querhaupt 161 befestigt und gegen die Wand des Zylinders 169 abgedichtet
ist.