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Die
Erfindung betrifft eine Schuhwalze mit einem umlaufenden Mantel,
einem den Mantel durchsetzenden Träger, einem am Träger abgestützten Anpreßschuh,
der eine konkave Andruckfläche
aufweist, die sich über
eine Arbeitsbreite erstreckt, und je einem Deckel an jedem Ende
des Mantels, wobei jeder Deckel einen Stützpfad aufweist, auf dem der Mantel
umlaufend gelagert ist, wobei ein axialer Abstand zwischen mindestens
einem Stützpfad
und der Arbeitsbreite im Bereich des Anpreßschuhs zumindest im Betrieb
ein Minimum aufweist.
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Eine
Walze dieser Art ist aus
DE
697 10 985 T2 bekannt. Dort ist eine Preßwalze gezeigt
mit einem umlaufenden Mantel, einem den Mantel durchsetzenden Träger, einem
am Träger
abgestützten Anpreßschuh,
der eine konkave Andruckfläche
aufweist, die sich über
eine Arbeitsbreite erstreckt, und je einem Deckel an jedem Ende
des Mantels, wobei jeder Deckel einen Stützpfad aufweist, auf dem der Mantel
umlaufend gelagert ist. Die beiden Deckel sind über ein Kippgelenk auf Wellenstummeln
gelagert, auf denen der Träger
abgestützt
ist. Dementsprechend haben sie im Bereich des Stützschuhs einen kleineren axialen
Abstand als in einem Bereich, der dem Stützschuh diametral gegenüber liegt.
Mit dieser Ausgestaltung sollen axiale Spannungen im Mantel kleingehalten
werden.
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Eine
derartige Schuhwalze wird beispielsweise in einem Breitnip-Kalander
verwendet, in dem der Mantel mit einer Gegenwalze einen Breitnip
bildet, in dem eine Bahn aus Papier oder Karton satiniert werden
kann. Da die Gegenwalze in der Regel mit einer erhöhten Oberflächentemperatur
von bis zu 300°C
betrieben wird, muß man
einen Kontakt zwischen dem Mantel und der Gegenwalze in den Bereichen
vermeiden, in denen der Mantel und die Gegenwalze nicht durch die
Bahn getrennt sind. Aus die sem Grund wird der Anpreßschuh aus
der im Ruhezustand zylinderförmigen
Kontur des Mantels herausgedrückt.
An den axialen Enden des Mantels entstehen dann im Bereich des Anpreßschuhs
abfallende Bereiche, die einen zunehmend größer werdenden Abstand zwischen
der Gegenwalze und dem Mantel aufweisen.
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Eine
derartige Schuhwalze kann auch in einer Schuhpresse verwendet werden.
In diesem Fall wird die Bahn mit mindestens einem sogenannten Filz
durch den Breitnip geführt.
Hier ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Anpreßschuh aus der zylinderförmigen Kontur
des Mantels herausgedrückt wird.
Vielmehr kann die Schuhwalze in diesem Fall komplett in Richtung
auf die Gegenwalze bewegt werden.
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Die
Andruckfläche
ist an die Form der Gegenwalze angepaßt. Sie weist eine Krümmung auf, deren
Radius im wesentlichen dem Radius der Gegenwalze zuzüglich der
Dicke des Mantels und der Dicke der Bahn entspricht. Abweichungen
davon sind natürlich
in gewissen Bereichen möglich.
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Wenn
die Schuhwalze mit der Gegenwalze zusammen betrieben wird, dann
drehen sich die Gegenwalze und der Mantel mit gleicher mittlerer
Umfangsgeschwindigkeit. Aufgrund der Form des Anpreßschuhs
führt dies
zu einer Dehn- bzw. Stauchbewegung im Mantel. Dies kann unter Umständen zu
einer Überlastung
des Mantels und in der Folge zu einem Mantelschaden führen. Wenn
die Schuhwalze in einem Breitnip-Kalander eingesetzt wird, kann
diese Dehn- und Schrumpfbewegung zu Falten in der Bahn und damit
zu einem starken Qualitätsverlust
führen.
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Um
dieses Problem zu umgehen, kann man die Gegenwalze groß, d.h.
die Krümmung
der Andruckfläche
klein machen und den Schuh kurz halten. Aus ökonomischen, fertigungs- und
handhabungstechnischen Gründen
können
aber die Gegenwalzen nicht beliebig groß gewählt werden und die Länge des
Schuhs ergibt sich aus technologischen Anforderungen. Diese Parameter
lassen sich also nur begrenzt dafür nutzen, die beschriebenen
Nachteile zu vermeiden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beanspruchung des Mantels
zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Schuhwalze der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß der Deckel
mehrere Segmente aufweist, die unterschiedlich neigbar sind, so
daß der
Deckel zumindest im Betrieb einen Bereich aufweist, der relativ
zu einer Ebene geneigt ist, die senkrecht zu einer Rotationsachse
des Mantels ausgerichtet ist.
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Man
geht dabei davon aus, daß der
Mantel bei einem Umlauf im Bereich des Anpreßschuhs verschiedene Dehnungen
erfährt.
Eine Dehnung findet in Umlauf- oder Umfangsrichtung des Mantels
statt. Eine andere Dehnung findet in Axialrichtung der Schuhwalze
statt, also in Quer-Maschinen-Richtung. Diese
Dehnung kann nun vermindert oder sogar vermieden werden, wenn man
zuläßt, daß sich die
Strecke, die der Mantel zwischen den beiden Deckeln überbrücken muß, im Bereich
des Anpreßschuhs verkürzt. Die
Deckel haben normalerweise einen Abstand zueinander, der der axialen
Länge des
Mantels entspricht. Wenn nun der Anpreßschuh aus der Kontur des Mantels
heraus gefahren wird und damit den Mantel verformt, steht diese axiale
Länge des
Mantels nicht mehr zur Verfügung,
weil der Mantel an den Enden konisch verformt wird. Die "Steigung" des Mantels benötigt eine
gewisse zusätzliche
Länge. Dementsprechend
verkürzt
man den Abstand zwischen den beiden Stützpfaden für den Mantel, so daß die normale
Länge des
Mantels wieder ausreicht, um den Abstand zwischen den Deckeln zu überbrücken und
axial gerichtete Spannungen im Mantel vermindert werden können. Dementsprechend
werden Dehn- und Schrumpfbewegungen im Mantel kleiner gehalten und
die Beanspruchung des Mantels wird verringert. Darüber hinaus
ergibt sich bei der Verwendung der Schuhwalze in einem Breitnip-Kalander der Vorteil,
daß auch
eine Faltenbildung in der im Breitnip satinierten Bahn vermindert
oder sogar ganz vermieden werden kann. Üblicherweise stehen die Deckel bei
einer Schuhwalze unter einem Winkel von 90° zur Rotationsachse, d.h. die
Rotationsachse steht senkrecht auf dem Deckel. Die Deckel dienen
u.a. dazu, einen Abfluß von
Hydraulikflüssigkeit
nach außen
zu verhindern, die zum Schmieren der Berührungsfläche zwischen dem Anpreßschuh und
dem Mantel benötigt
wird. Bei einem senkrecht stehenden Deckel verläuft der Stützpfad über den gesamten Umfang mit
konstantem Abstand zur Arbeitsbreite. Wenn man nun den Deckel mit
einem Bereich versieht, der zum Anpreßschuh hin geneigt ist, dann
kann man auch den Stützpfad
in diesem Bereich stärker
an den Anpreßschuh
annähern,
also an die Arbeitsbreite. Da der Deckel mehrere Segmente aufweist,
die unterschiedlich neigbar sind, muß nicht der gesamte Deckel
geneigt werden. Es reicht aus, den Stützpfad in vorbestimmten Umfangsbereichen
an den Anpreßschuh
anzunä hern.
Dies hält
Spannungen auf die übrigen
Bereiche des Mantels in Umfangsrichtung klein.
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Vorzugsweise
ist an beiden Enden des Mantels im Bereich des Anpreßschuhs
ein Minimum des Abstandes zwischen Arbeitsbreite und Stützpfad vorgesehen.
Die beiden Deckel sind also sozusagen symmetrisch zueinander angeordnet.
Dies hat den Vorteil, daß der
Mantel in Axialrichtung praktisch nicht bewegt werden muß, um die
durch die radiale Verformung des Mantels hervorgerufene Längenänderung
in axialer Richtung auszugleichen.
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In
einer einfachen Lösung
ist der Bereich starr am Träger
gelagert. Man gibt also einen festen Verlauf für den Stützpfad vor. Dies reicht in
solchen Fällen
problemlos aus, in denen die Geometrie im Betrieb bekannt ist, also
die Strecke, um die der Anpreßschuh
ausgefahren werden muß,
um den Breitnip zu erzeugen. Man kann dann die Neigung des Bereichs
so bestimmen und einrichten, daß genau die
benötigte
Länge des
Mantels zur Verfügung
steht.
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Alternativ
dazu kann der Bereich über
eine Federanordnung am Träger
gelagert sein. In diesem Fall wird sich der Bereich so neigen, daß die vom Mantel
ausgeübten
Kräfte
mit den Gegenkräften,
die von der Federanordnung erzeugt werden, im Gleichgewicht stehen.
Damit lassen sich auch wechselnde Betriebsbedingungen ausgleichen.
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Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann der Deckel über
ein Kippgelenk am Träger
gelagert sein. Bei einem derartigen Kippgelenk ergibt sich einerseits eine
relativ genaue Positionierungsmöglichkeit.
Andererseits wird der Deckel auf beiden Seiten des Kippgelenks vom
Mantel mit Zugkräften
beaufschlagt, so daß er
sich ebenfalls automatisch in die "richtige" Position einstellt. Die Mittelpunkte
der Deckel haben dann einen axialen Abstand zueinander, der geringfügig kleiner
ist als die axiale Länge
des Mantels.
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Es
ist bevorzugt, daß die
Segmente in einem Bereich angeordnet sind, in dem in Umfangsrichtung der
Anpreßschuh
angeordnet ist. Man kann also den Deckel über einen großen Bereich
einstückig
belassen, beispielsweise über
einen Bereich von 270 oder 300°,
und eine Veränderung
des Stützpfades
nur dort bewirken, wo eine derartige Veränderung aufgrund der Wirkung
des Anpreßschuhs
erforderlich ist.
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Auch
ist von Vorteil, wenn zwischen dem Anpreßschuh und dem Deckel eine
Konturausgleichseinrichtung angeordnet ist, die die größte Ausdehnung
in Radialrichtung in einem Umfangsbereich aufweist, in dem der Anpreßschuh seine
geringste radiale Erstreckung aufweist. Damit verhindert man einen
Schrumpf des Mantels in Axialrichtung am "tiefsten" Punkt der konkaven Kontur des An preßschuhs. Der
Anpreßschuh
hat eingangsseitig einen "Höcker" und ausgangsseitig
einen entsprechenden "Höcker", d.h. eingangsseitig
und ausgangsseitig wird der Mantel am stärksten gedehnt. Zwischen den
beiden Höckern
befindet sich ein "Tal", in dem der Mantel
wieder schrumpfen kann. Dieser Schrumpf wird nun durch die Konturausgleichseinrichtung
vermindert oder sogar verhindert.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Konturausgleichseinrichtung als Scheibe ausgebildet ist, die in dem
Umfangsbereich, in dem der Anpreßschuh angeordnet ist, ein
zum Querschnitt des Anpreßschuhs komplementäres Profil
aufweist. Zumindest in Axialrichtung sieht sich der Mantel dann
durch die kombinierte Wirkung von Anpreßschuh und Konturausgleichseinrichtung
praktisch konstanten Längenveränderungsbedingungen
ausgesetzt, so daß ein
axial wirkender Schrumpf inmitten der Andruckfläche nicht mehr zu befürchten ist.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Schuhwalze im Ruhezustand,
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2 die
Schuhwalze mit herausgefahrenem Anpreßschuh,
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3 einen
schematischen Längsschnitt durch
die Schuhwalze,
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4 eine
schematische Draufsicht auf die Schuhwalze,
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5 eine
erste Ausführungsform
der Schuhwalze in auszugsweiser Darstellung,
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6 eine
zweite Ausführungsform
entsprechend der Darstellung nach 5,
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7 eine
dritte Ausführungsform
entsprechend der Darstellung nach 5,
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8 eine
weitere Ausführungsform
eines Deckels,
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9 eine
weitere Ausführungsform
eines Deckels,
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10 einen
schematischen Ausschnitt eines Längsschnitts
durch eine Schuhwalze und
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11 eine
Darstellung einer Konturausgleichseinrichtung.
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Eine
in 1 dargestellte Schuhwalze 1 weist einen
umlaufenden Mantel 2 auf, der aus einem verformbaren Kunststoff
gebildet ist, wobei der Kunststoff gegebenenfalls faserverstärkt sein
kann. Der Mantel hat im in 1 dargestellten
Ruhezustand die Form eines Zylinders, der eine Rotationsachse 3 aufweist.
Schwerkraftbedingte Verformungen sind hier nicht berücksichtigt.
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Ein
Träger 4 durchsetzt
den Mantel 2 über seine
gesamte axiale Länge,
gegebenenfalls auch darüber
hinaus. Am Träger 4 ist
ein Anpreßschuh 5 abgestützt und
zwar über eine
schematisch dargestellte Druckgeberanordnung 6, die beispielsweise als
Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet sein kann. In der Regel wird
die Druckgeberanordnung 6 innerhalb des Trägers 4 untergebracht
sein. Wie ein Vergleich zwischen den 1 und 2 zeigt,
läßt sich
mit Hilfe der Druckgeberanordnung 6 der Anpreßschuh 5 gegenüber dem
Träger 4 anheben.
Dabei wird der Anpreßschuh 5 aus
der Kontur des Mantels 2 herausgefahren. Die Kontur ist
in 2 gestrichelt dargestellt.
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Der
Anpreßschuh 5 weist
eine konkave Andruckfläche 7 auf,
in der nicht näher
dargestellte Schmiereinrichtungen vorhanden sind. Beispielsweise
können
in der Andruckfläche 7 Austrittsöffnungen eines
hydrostatischen Schmiersystems angeordnet sein.
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Die
Andruckfläche
ist konkav gewölbt.
Sie weist eine Krümmung
auf, die der Krümmung
einer Gegenwalze 8 (2) entspricht,
d.h. wenn der Mantel 2 unter der Wirkung des Anpreßschuhs 5 an
die Gegenwalze 8 zur Anlage kommt, dann wird der Mantel 2 über eine
vorbestimmte Länge
am Umfang der Gegenwalze 8 angelegt. Diese Länge kann
im Bereich von 30 bis 250 mm liegen.
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Wie
aus 3 zu erkennen ist, ist ein Hohlraum 9,
den der Mantel 2 umschließt, an seinen beiden Enden
durch Deckel 10, 11 abgeschlossen. Die Deckel 10, 11 verhindern
u.a., daß Flüssigkeit,
die zur Schmierung der Andruckfläche 7 erforderlich
ist, ohne weiteres aus dem Hohlraum 9 herausfließen kann.
Abfördereinrichtungen
für die
Flüssigkeit
sind vorhanden, in der Zeichnung aber nicht gesondert dargestellt.
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Der
Mantel 2 ist auf den Deckeln 10, 11 über Lager 12 geführt. Diese
Lager 12 bilden also einen Stützpfad, an dem das axiale Ende
des Mantels 2 abgestützt
ist. Der Mantel 2 kann aufgrund der Lager 12 gegenüber den
Deckeln 10 relativ frei gedreht werden.
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Wie
aus 3 ebenfalls zu erkennen ist, bedeutet das Anheben
des Stützschuhs 5 gegenüber dem
Träger 4,
daß der
Mantel 2 im Bereich des Stützschuhs 5 eine größere Länge zwischen
den Deckeln 10, 11 überbrücken muß als in Bereichen, wo der Mantel 2 nicht
durch den Stützschuh 5 beaufschlagt ist.
Diese größere Länge ergibt
sich durch die konischen Bereiche 13, die sich an den axialen
Enden des Mantels ausbilden. Diese konischen Bereiche 13 sind
andererseits gewünscht,
weil hier ein Kontakt zwischen der Gegenwalze 8, die in
der Regel beheizt ist, und dem nur begrenzt hitzebeständigen Mantel 2 vermieden
wird. In dem Bereich, wo der Mantel 2 anliegend an die
Gegenwalze 8 dargestellt ist, ist im Betrieb eine Bahn
zwischen der Gegenwalze 8 und dem Mantel 2 angeordnet,
die einerseits in dem Breitnip 14 satiniert wird, andererseits
aber auch eine thermische Isolierung zwischen der heißen Gegenwalze 8 und
dem Mantel 2 bewirkt.
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Wie
aus 1 und 2 zu erkennen ist, weist der
Anpreßschuh 5 am
einlaufseitigen Ende der Andruckfläche 7 einen einlaufseitigen
Höcker 15 und am
auslaufseitigen Ende der Andruckfläche 7 einen auslaufseitigen
Höcker 16 auf,
also zwei Erhebungen, die sich über
die gesamte axiale Länge
des Anpreßschuhs 5 erstrecken.
Zwischen den beiden Höckern 15, 16 ist
eine Vertiefung 17 angeordnet. Dies führt bei einem Umlauf des Mantels 2 in Richtung
eines Pfeiles 18 dazu, daß sich der Mantel beim Vorbeilaufen
am einlaufseitigen Höcker 15 dehnt
(Zone A in 4), beim Durchlaufen der Vertiefung 17 wieder
schrumpft (Zone B in 4) und beim Überqueren des auslaufseitigen
Höckers 16 wieder
dehnt (Zone C in 4). Diese Dehnung ist durch
Pfeile in 4 kenntlich gemacht. Es handelt
sich dabei um eine Dehnung in eine Richtung parallel zur Achse 3 der
Schuhwalze 1. Eine Dehnung in Umlaufrichtung 18 findet
zwar ebenfalls statt. Diese soll aber für die nachfolgende Betrachtung
außer
Acht gelassen werden.
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Die
axiale Dehnung des Mantels 2 kann zu einer Überlastung
und in der Folge zu einem Mantelschaden führen. Wenn die Schuhwalze 1,
wie in 2 dargestellt, mit einer Gegenwalze 8 zusammen
einen Breitnip-Kalander bildet, dann besteht die Gefahr, daß sich durch
die Dehn- und Schrumpfbewegungen des Mantels 2 im Bereich
des Anpreßschuhs 5 Falten
in der satinierten Bahn ergeben. Falten führen zu einem Qualitätsverlust,
der unerwünscht
ist.
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Um
dieses Problem zu entschärfen,
ist bei einer Ausgestaltung, wie sie in 5 dargestellt
und an sich bekannt ist, der Deckel 11 unter einem Winkel α < 90° zur Achse 3 angeordnet.
In entsprechender Weise ist der Deckel 10 am gegenüberliegenden Ende
des Trägers 4 geneigt.
Dies führt
dazu, daß das Lager 12 und
damit der Stützpfad,
mit dem der Mantel 2 auf dem Deckel 11 abgestützt ist,
im Bereich des Anpreßschuhs 5 eine
geringere Entfernung zum Anpreßschuh
und damit zur Arbeitsbreite AB hat, als an der Unterseite des Trägers 4,
wo der Abstand zwischen dem Lager 12 und der Arbeitsbreite
AB deutlich größer ist.
Durch diese Abstandsverringerung, die in 5 übertrieben
groß dargestellt
ist, muß der Mantel 2 im
Bereich des Stützschuhs 5 einen
geringeren Abstand zwischen den beiden Deckeln 10, 11 überwinden,
so daß die
axiale Länge
des Mantels 2 für
diesen verkürzten
Abstand ausreicht. Spannungen in Quer-Maschinen-Richtung, also in
Axialrichtung des Mantels 2, werden dadurch klein gehalten oder
sogar vermieden.
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Der
Deckel 11 ist in diesem Fall fest oder starr am Träger 3 angeordnet.
Hierzu sind zwei Halterungen 19, 20 vorgesehen,
wobei die Halterung 19, die näher am Anpreßschuh 5 angeordnet
ist, eine geringere Länge
hat als die Halterung 20, die eine größere Entfernung zum Anpreßschuh 5 hat.
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6 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der Deckel 11 ist nunmehr über eine Federanordnung aus
zwei oder mehr Federn 21, 22 am Träger 4 gehalten.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sich der Deckel 11 praktisch von
selbst in den richtigen Winkel α neigt.
Dieser Winkel α ist
dann optimal, wenn die Kräfte,
die von den Federn 21, 22 auf den Deckel 11 ausgeübt werden,
genauso groß sind
wie die Kräfte,
die vom Mantel 2 auf den Deckel 11 ausgeübt werden.
Auch in diesem Fall kann man die axialen Spannungen im Mantel 2 ganz
wesentlich vermindern. Um eine Schrägstellung des Deckels zu erleichtern,
kann der dem Anpreßschuh 5 benachbarte
Bereich der Federanordnung 21, 22 mit geringeren
Kräften
auf den Deckel 11 wirken als der entferntere Bereich.
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In 7 ist
der Deckel 11 über
ein Kippgelenk 23 am Träger 4 befestigt.
Zusätzlich
können auch
hier Federn 21, 22 vorgesehen sein. Dies ist aber
nicht unbedingt erforderlich. Der Deckel 11 wird vom Mantel 2 in
vollem Umfang mit einer Zugkraft beaufschlagt. Dementsprechend wird
sich der Winkel α zwischen
dem Deckel 11 und der Achse 3 der Schuhwalze 2 selbsttätig auf
einen Wert einstellen, in dem die Spannungen im Mantel 2 am
kleinsten sind.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
wie sie in 8 dargestellt ist, ist der Deckel 11 segmentiert,
d.h. er ist in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten 24 unterteilt.
Die dargestellten zwölf
Segmente 24 können
einzeln in Richtung auf den nur angedeuteten Anpreßschuh 5 hin
geneigt werden. Unter Umständen
kann man auch vorsehen, daß insbesondere
Segmente 24u im unteren Bereich des Mantels 2 vom
Träger 4 weg
geneigt werden können.
Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. In diesem Fall kann
man die axiale Dehnung des Mantels 2 noch besser an den
aktuellen Bedarf anpassen.
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9 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der der Deckel 11 über
den größten Teil 25 einer
Flächenerstreckung
ungeteilt oder massiv ausgebildet ist. Lediglich in einem Bereich,
der dem Anpreßschuh 5 benachbart
ist, sind einige Segmente 26 vom Bereich 25 getrennt
und einzeln in Richtung auf den Anpreßschuh 5 neigbar,
so daß tatsächlich nur dort
eine Verkürzung
des Abstands zwischen den Deckeln 10, 11 stattfindet,
wo dies erforderlich ist. In beiden Fällen (8 und 9)
ist sichergestellt, daß der
Mantel 2 an seinen Enden auf einer geschlossenen und störungsfrei
durchgehenden Bahn geführt
ist.
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10 zeigt
eine Schuhwalze mit einer zusätzlich
vorgesehenen Konturausgleichseinrichtung 27, die zwischen
dem Anpreßschuh 5 und
dem Deckel 11 angeordnet ist, Die Konturausgleichseinrichtung 27 weist
eine Scheibe 28 auf, die in 11 ausschnittsweise
dargestellt ist, Die Scheibe 28 weist am oberen Ende, also
dem Winkelbereich, in dem auch der Anpreßschuh 5 angeordnet
ist, eine Kontur auf, die dem Anpreßschuh 5 komplementär ist. Dort,
wo der Anpreßschuh 5 die
Vertiefung 17 aufweist, hat die Scheibe 28 eine
Erhöhung 29.
Dort, wo der Anpreßschuh 5 die
beiden Höcker 15, 16 aufweist,
hat die Scheibe Vertiefungen 30, 31. Damit wird
erreicht, daß der
Mantel 2, nachdem er im Bereich der Höcker 15, 16 gedehnt
worden ist, im Bereich der Vertiefung 17 nicht mehr schrumpfen
muß. Durch
den Vorsprung 29 wird die Länge des Mantels auch im Bereich
der Vertiefung konstant gehalten.