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Gegenstand
dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Beseitigen einer Nullbelastung
eines Lagers, wie zum Beispiel eines Rollen-, Nadel- oder Kugellagers
für ein Wälzlager, das aus festen Wälzorganen
besteht,.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens.
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Bei
der Herstellung von Papier, Karton und anderen Faserbahnen werden
während der Herstellung unterschiedliche Walzenspalte zwischen
den Walzen unter anderem zur Entwässerung, zum Auftragen
von Prozessstoffen und zum Glätten und Polieren einer Produktoberfläche
ver wendet. Die höchsten Presskräfte treten in
Kalandern und Entwässerungspressen auf. Eine Walzenspaltbelastung
zwischen Walzen wird mit verschiedenartigen Stellantrieben geregelt
und in einigen Situationen ist es möglich, dass die auf
die Walze gerichteten Kräfte in der Weise ausgeglichen
sind, dass auf die Traglager der Walze so gut wie keine Belastung
gerichtet ist und das Lager in einen so genannten Nulllastbereich gelangt.
Hiermit ist eine solche Belastungssituation des Lagers gemeint,
in der die auf die Wälzorgane des Lagers gerichtete Belastung
zu gering ist, um einen wälzenden Kontakt herbeizuführen
und das Lager zu gleiten anfängt. Eine Nulllast ist für
Lager schädlich, denn ein Gleitkontakt verschleißt
die Wälzorgane von Lagern ziemlich schnell. Zum Eliminieren
eines Nulllastproblems empfehlen die Lagerhersteller deshalb auch
eine Belastung von 1–2% der Tragfähigkeit eines
Lagers.
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Die
Gefahr, in einen Nulllastbereich zu geraten, tritt meistens bei
Kalandern auf. Die Belastung der Lager für die Hauptwalzen
eines Kalanders variiert mit den Betriebsverhältnissen
des Kalanders. Die Regulierung eines Liniendrucks für einen
Kalander wirkt sich auf die Belastung der Lager aus. Wenn die von
der Druckkraft erzeugte Kraft in einem vertikalen Walzenwerk und
die die Walze von unten anhebende Walzenspaltkraft ausgeglichen
sind, entsteht für die Lager keine Belastung. Desgleichen,
wenn sich der Liniendruck von beiden Seiten auf die Walze richtet, kann
eine Situation entstehen, in der die in verschiedenen Richtungen
wirkenden Walzenspaltkräfte und die Zugkraft der Walzenmasse
sich ausgleichen. Wälzlager erfordern eine bestimmte Belastung,
damit die Rollen oder Kugeln im Lager sich drehen und nicht gleiten
würden. Bei der vorstehend beschriebenen Nulllastsituation
wird dieses Belastungskriterium nicht erfüllt.
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In
einem Mehrfachwalzenkalander tritt eine Nulllast bei einem so genannten
Teilwalzenspaltbetrieb auf, wobei nur zwei oder drei Walzen zusammen funktionieren.
Das Problem tritt auch bei Softkalandern auf. Um das Nulllastproblem
zu beseitigen, wurde der Regelbereich für den Liniendruck
des Kalanders eingeschränkt. Bei vertikalen Soft- und Mehrfachwalzenkalandermodellen
reduziert die von den Lagerherstellern empfohlene minimale Belastungshöhe
erheblich den zur Verfügung stehenden Liniendruckbereich
vor allem bei Mattpapiersorten. Der eingeschränkte Betriebsbereich
kann wegen des Nulllastproblems sogar 30% vom Liniendruckbereich
des Teilwalzenspaltbetriebs eines Mehrfachwalzenkalanders, der typisch
20.. , 100 kN/m beträgt, ausmachen. Falls der Prozess ansonsten
in diesem Bereich noch am Besten funktionieren würde, handelt
es sich um ein ernsthaftes Problem.
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Zum
Beseitigen oder Reduzieren der Nulllast wurden beim Stand der Technik
unter anderem folgende Mittel angewendet:
- – Das
Walzenwerk konnte schräg montiert werden, wodurch die Seitenschubkomponente
der Belastung die benötigte minimale Belastung für die
Lager erzielt; eine derartige Lösung ist in der Veröffentlichung WO 2006/051169 dargestellt.
- – Axiale Belastungsvorrichtung für den Außenringumfang – US 6, 158, 897 .
- – Beschichtung von Lagern, um einer Nulllastsituation
zu begegnen.
- – Verhindern einer Belastung des Kalanders im Nulllastbereich.
- – Erzeugung von Bremskraft für das Lager mit Öl, das
durch das Lager fließt – US 4, 322, 117 .
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Eine
Montage des Walzenwerks schräg in vertikalen Kalandermodellen
erfordert eine neue Planung für das gesamte Walzenwerk
und für die Positionierung von Vorrichtungen. Damit eignet
sich diese Lösung zumindest nicht für die Anwendung
in vorhandenen Kalandern. Sollen vertikale Kalandermodelle aus anderen
Gründen weiter Anwendung finden, ist eine schräge
Montage keine gute Alternative, da diese zu kostenintensiven Verschiebevorrichtungen
für die Walzen führt. Es wurde auch probiert,
in Softkalandern eine axiale Belastungsvorrichtung zu verwenden.
Die Vorrichtung beseitigt das Problem unter anderem mit zweireihigen
balligen Rollenlagern nicht vollständig, denn die Vorrichtung
belastet nur einen Rollenkranz, wodurch die Be lastung des parallelen
Kranzes weiter reduziert wird. Um das Problem des Nulllastbereichs
zu reduzieren, stellt die Beschichtung von Lagern eine Alternative
dar. Diese beseitigt das Problem jedoch nicht ganz. Eine Beschichtung
ist außerdem kostenintensiv und deren Eignung hängt
stark von den Abschmierbedingungen ab. Aufgrund der auswechselbaren
Walzen müssten alle Walzen mit kostenintensiven beschichteten
Lagern ausgerüstet werden.
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu erhalten,
um das Nulllastproblem in Faserbahnmaschinen zu reduzieren oder
sogar vollständig zu beseitigen.
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Die
Erfindung beruht darauf, dass die von einer Walze der Faserbahnmaschine
zum Lager führende Achse radial und in einer von der Belastungsrichtung
abweichenden Richtung belastet wird.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die
Belastungsrichtung wesentlich horizontal; dadurch fällt
keine Komponente in Belastungsrichtung an, die bei der Liniendruckberechnung der
Maschine berücksichtigt werden müsste.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform wird die zum Lager
führende Achse direkt belastet.
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Genauer
gesagt ist für das Verfahren nach der Erfindung charakteristisch,
was im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 dargestellt ist.
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Für
die Vorrichtung nach der Erfindung ist wiederum charakteristisch,
was im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 6 dargestellt ist.
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Mit
der Erfindung werden bedeutende Vorteile erreicht.
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Mittels
der Erfindung können die vom Nulllastproblem verursachten
Lagerschäden beseitigt werden. Der Auslastungsgrad der
Vorrichtungen verbessert sich und unvorhersehbare Produktionsunterbrechungen
werden reduziert. Die Realisierung der Vorrichtung ist einfach und
angemessen vorteilhaft und lässt sich an schon vorhandenen
Vorrichtungen anwenden. Im vorteilhaftesten Fall übt die
Vorrichtung auf die Funktion des Kalenders keine weitere Wirkung
aus, als die nachteilige Begrenzung des Betriebsbereichs zu beseitigen.
Wenn keine Begrenzung des Betriebsbereichs da ist, kann der Maschinenbediener
die Produktion zum Beispiel zum Produzieren der besten Qualität
besser optimieren. Der Vorteil der Vorrichtung liegt in deren Einfachheit
und dadurch in deren geringem Raumbedarf. Sie benötigt keine
gekühlte und abgedichtete Lagerbuchse für die Walzenachse.
Die Bewegungen der Walze machen die Vorrichtung nicht kompliziert,
denn diese ist nur während des Betriebs an der Walze befestigt,
wenn die Walzen sich in gerader Position befinden. Beim Öffnen
des Walzenwerks löst sich die Vorrichtung schnell von der
Walzenachse.
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Die
Erfindung wird nachstehend präziser mittels der beigefügten
Zeichnungen erläutert.
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1 stellt
sinnbildlich die Erfindung von schräg oben dar.
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2 stellt
sinnbildlich die Erfindung von der Seite dar.
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In 1 ist
eine Walze 1 dargestellt, an deren Ende sich eine Achse 2 befindet.
Die Achse 2 ist an einer Lagerbuchse 3 befestigt,
die wiederum an einem Lastarm 4 befestigt ist. Die Walze 1,
die Achse 2 und die Lagerbuchse 3 bewegen sich
vom Lastarm gestützt. Das Beispiel in 1 kann
auch die Walze eines Kalanders sein, die sich im Betrieb ziemlich
wenig bewegt, aber sich zum Beispiel bei einer Bahnunterbrechung
beim Öffnen der Walzenspalte schnell und eine ziemlich
große Strecke bewegt. Die Belastungsvorrichtung nach der
Erfindung setzt sich aus einer Lastgabel 5 und einem diese
antreibenden Hydraulikzylinder 6 und einem Verschleißring 7 zusammen.
Die Belastungsvorrichtung ist im Zusammenhang mit der Achse 2 in
der Weise angeordnet, dass die Bewegungs- und Belastungsrichtung
des Hydraulikzylinders 6 beim Betrieb des Kalanders in
der Horizontalen verläuft. In diesem Fall ist der Zylinder 6 mit
Halterungen 10, 11 am Lastarm 4 in der
gleichen Richtung wie dieser befestigt. Auf diese Weise verläuft
die Bewegungsrichtung des Zylinders in gleicher Richtung mit dem
Lastarm. Die Konstruktion der Lastgabel 5 ist deutlicher
aus 2 ersichtlich. Sie umfasst einen Y-förmigen
Gabelkörper 8, dessen Arm am Hydraulikzylinder 6 befestigt
ist und an dessen Gabelenden wälzgelagerte Belastungsräder 9 angeordnet
sind. An der Position der Lastgabel 8 an der Achse 2 der
Walze 1 befindet sich der Verschleißring 7,
gegen den sich die Belastungsräder drücken. Der
Belastungsring wird aufgrund des Oberflächendrucks bemessen,
und als Lebensdauer für den Belastungsring ist ein Walzenwechselintervall
ausreichend, da der Ring an der auswechselbaren Walze befestigt
bleibt. Die Breite der Belastungsräder und des Verschleißrings
kann ca. 100 mm betragen.
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Die
Belastungsrichtung sollte möglichst genau in der Horizontalen
verlaufen, damit keine auf die Walzenspaltbelastung einwirkende
Vertikalbelastungskomponente entsteht. Hierbei muss bei der Berechnung
für die Walzenspaltbelastung keine die Nulllast blockierende
Belastung berücksichtigt werden. Gleichwohl verursacht
bei der heutigen Berechnungskapazität das Hinzufügen
irgendeiner Standardbelastung zu der Berechnung der Walzenspaltbelastung
keine Schwierigkeiten.
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In 2 sind
die Walzenspaltbelastungen mit Q1 und Q2 und die eine Nulllast blockierende Belastung
mit F gekennzeichnet. Außerdem wirken natürlich
die Walzenmassen auf die Walzenspaltkräfte und die Lagerkräfte
ein. Wenn die vergrößerte Belastungskraft F allerdings
in der Horizontalen bzw. hinsichtlich einer vertikalen Belastung
in einem Winkel von 90° verläuft, kann die Berechnung
der Walzenspaltbelastungen unverändert belassen werden
und ist ein Eingriff in die Funktion des Kalanders diesbezüglich
nicht nötig. Eine Nulllastsituationsgefahr tritt allgemein
nur bei einer vertikalen Belastung auf, aber auch bei Belastungssituationen,
die in Richtungen erfolgen, die von der Vertikalen abweichen, können sich
die auf die Lagerung gerichteten Kräfte in der Weise summieren,
dass eine Nulllastsituation entsteht. Auch in diesen Fällen
kann die Erfindung angewendet werden. Auch wenn es am Vorteilhaftesten ist,
dass eine Kompensierung der Nulllast hinsichtlich einer vertikalen
Belastungskraft erfolgt, ändert eine geringe Abweichung
von dieser Richtung ebenfalls kaum die Walzenspaltbelastung. Zum
Beispiel wenn bei einer vertikalen Belastung die die Nulllast beseitigende
Belastung in einen Bereich zwischen 75–105° gesetzt
wird, ist der Anteil der vertikalen Komponente ziemlich gering und
kann sogar bei der Berechnung der Walzenspaltbelastung außer
Acht gelassen werden. Das gleiche trifft auch für andere,
als in vertikaler Richtung verlaufende Belastungssituationen zu.
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Die
vom Lager benötigte minimale Belastung wird für
die Walze 1 mittels der wälzgelagerten Belastungsräder 9 erbracht,
welche die Achse 2 der Walze 1 neben der Hauptlagerbuchse 3 belasten.
Die Belastung erfolgt ungefähr horizontal, so dass diese selbst
bei der Liniendruckberechnung für den Kalander nicht berücksichtigt
werden muss. Die Vorrichtung kann auch für eine Belastung
in einer anderen Richtung hergestellt wer den, aber dann ist die
Belastung bei der Liniendruckberechnung zu berücksichtigen.
Eine horizontale Kraft verursacht keine relevante Formänderung
für den Walzenspalt, so dass sich diese nicht auf das Liniendruckprofil
des Kalanders auswirkt. Die Vorrichtung wird vorteilhaft nur im
Nulllastbereich des Kalanders und in der Nähe dieses Bereichs
eingeschaltet. Die Vorrichtung eignet sich sowohl für Thermowalzen
als auch für Polymerwalzen, da mit dieser keine Walze aus
ihrer Position verschoben, sondern nur eine leichte Belastung verursacht
wird. Den Walzen wird lediglich ein an die Belastungsräder 9 angedrückter
Verschleißring 7 hinzugefügt. Die Vorrichtung
erhöht nicht die Walzenwechselzeit, denn sie bleibt beim
Walzenwechsel am Kalander befestigt. Die Belastung der Belastungsräder wird
zum Beispiel mit einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder mit
einem anderen, eine direkte Bewegung bewirkenden Stellantrieb erbracht.
Die Vorrichtung weist eine Hebelübersetzung auf, mit der die
Zylinderkraft auf das Belastungsrad übertragen wird.
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Beim
Normalbetrieb, bei dem kein Nulllastproblem auftritt, wird die Vorrichtung
mittels Zylindern von der Walzenachse abgekoppelt.
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Neben
den vorstehend dargestellten weist die Erfindung auch noch weitere
Ausführungsformen auf. In den anderen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Belastung mit einem in der Hauptlagerbuchse
zu positionierenden Gleitlagerelement erbracht werden. Dieses wird über
den Schmierbereich des Hauptlagers abgeschmiert. Eine mögliche
Lösung ist eine getrennt wälzgelagerte Lagerbuchse
an der Achse der Walze. Bei allen diesen Ausführungsformen
ist anstelle einer Schubbelastung die Anwendung einer Zugbelastung
denkbar. Eine Lösung, um eine Zugbelastung an der Walze
oder an deren Achse anzuordnen, ist ein Ketten- oder Riemenglied,
das bis zu einer bestimmten Spannung angezogen wird, entweder dauerhaft
oder nur für die Dauer der Nulllastgefahr. Die Erfindung
lässt sich auch in Verbindung mit Zylindern sowie Lagerungen
von anderen rotierenden Maschinenorganen anwenden. Die Belastung
kann auch am Ende der Walze im freibleibenden Bereich des Mantels
vorgenommen werden, sofern dort ausreichend Platz ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/051169 [0006]
- - US 6158897 [0006]
- - US 4322117 [0006]