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Die Erfindung betrifft eine Presswalze zur Bildung eines Pressspaltes mit einem Gegenpresselement zur Behandlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben mit einem stationären Träger und einem umlaufenden Walzenmantel, der über wenigstens ein gegen die Innenumfangsfläche des Walzenmantels anpressbares, zumindest teilweise hydrodynamisch geschmiertes Stützelement am Träger abgestützt ist, das eine der Innenumfangsfläche des Walzenmantels zugewandte, in Laufrichtung des Walzenmantels verlängerte Stützfläche besitzt, die wenigstens eine, einer während des Betriebs erfolgenden hydrodynamischen Schmierung dienende Ölzufuhrstelle aufweist, über die dem Bereich zwischen Stützfläche und Innenumfangsfläche des Walzenmantels frisches Schmieröl zugeführt wird.
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Derartige Presswalzen werden insbesondere in Pressvorrichtungen mit einer sogenannten verlängerten Presszone eingesetzt. Solche Pressvorrichtungen können beispielsweise in Pressenpartien zur Entwässerung, aber auch in Glättwerken zur Glättung einer Faserstoffbahn Verwendung finden.
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Bei einer solchen Presswalze können während des Betriebs, d. h. bei umlaufendem Walzenmantel, trotz der zumindest teilweise hydrodynamischen Schmierung erhebliche Reibungen auftreten, die Mantelverschleiß verursachen und die durch eine höhere Antriebsleistung kompensiert werden müssen. Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Verringerung der Antriebsleistung im Eintrittsbereich der Presszone zusätzliches Öl auf die Innenumfangsfläche des Walzenmantels aufzuspritzen, bevor dieser in die Presszone eintritt. Bei der aus der
DE 40 40 392 A1 bekannten Presswalze ist die Stützfläche des Stützelements für die hier in Rede stehende hydrodynamische Schmierung im einlaufseitigen Randbereich mit einer sich über die gesamte Breite der Presszone erstreckenden Nut versehen. In diese Nut münden einer zusätzlichen Ölzufuhr dienende Kanäle. Dabei sind die durch die jeweiligen Kanalmündungen gebildeten Ölzufuhrstellen über die gemeinsame Nut miteinander verbunden. Damit lassen sich die Reibungsverluste zwar bereits in gewissem Umfang verringern. Weisen jedoch der Walzenmantel, ein durch die Presszone geführtes Filzband, die zu pressende Materialbahn oder dergleichen oder die beispielsweise durch eine Gegenwalze gebildete Gegenfläche Unregelmäßigkeiten insbesondere in Form von Dickstellen bzw. Unebenheiten auf, so muss damit gerechnet werden, dass an bestimmten Stellen der Druck so hoch wird, dass dort der Presszone nur noch wenig oder gar kein Öl mehr zugeführt wird oder erhalten bleibt.
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An den betreffenden Stellen kann es auch dazu kommen, dass Öl an der Nut abgestreift wird. Nachdem somit Schmieröl nicht mehr in ausreichendem Masse mitgenommen und in den Schmierspalt eingezogen wird, wird die gewünschte hydrodynamische Schmierwirkung beeinträchtigt.
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Eine vergleichbare Presswalze ist ebenso in der
EP 0 345 501 beschrieben. Auch in diesem Fall ist zur hydrodynamischen Schmierung wieder eine sich quer über die gesamte Breite der Stützfläche erstreckende Nut vorgesehen, in die die betreffenden, d. h. die der hydrodynamischen Schmierung dienenden Kanäle münden. Es ergeben sich somit die gleichen Probleme wie bei der zuvor beschriebenen bekannten Walze.
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Hinzu kommt, dass bei einer Presswalze mit hydrodynamischer Schmierung des Stützelements die hydrodynamische Abstützung des Walzenmantels bewirkende Schmiermittel von der Einlaufseite zur Auslaufseite stark erwärmt werden. Der Grad der Erwärmung des Schmierfilms ist unter anderem von dessen Druckverlauf und hierbei insbesondere von dessen Gradienten und dem Maximum sowie von der Maschinengeschwindigkeit abhängig. Mit zunehmender Erwärmung wird die Viskosität des Schmieröls geringer, was dessen hydraulische Tragfähigkeit mindert oder sogar in bestimmten Fallen zu dessen Zersetzung führt. Zudem wird es mit steigender Maschinengeschwindigkeit schwieriger, den heißen, am Mantel anhaftenden Ölfilm nach einem Durchlauf durch den Schmierspalt ausreichend zu kühlen beziehungsweise zu erneuern. Problematisch ist insbesondere, dass am Einlauf zugeführtes Schmieröl nicht in ausreichendem Masse mitgenommen und in den Schmierspalt eingezogen wird. Dies ist unter anderem wiederum auf die zuvor genannte ungleiche Dicke der gemeinsam zwischen Stützelement und Gegenpresselement, insbesondere Gegenwalze hindurch laufenden Elemente zurückzuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Schmierung bei möglichst großer Energieeffizienz zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stützfläche mehrere Vertiefungen ohne Ölzufuhrstelle besitzt. Diese Vertiefungen bilden ein Reservoir zur Aufnahme von Schmiermittel und unterstützen so die Ausbildung eines Schmiermittelfilms. Da die Vertiefungen keine Ölzufuhrstelle besitzen ist die Realisierung der Erfindung mit wenig Aufwand verbunden.
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Aufgrund dieser Ausbildung ist eine optimale hydrodynamische Schmierung selbst dann sichergestellt, wenn stellenweise ein erhöhter Pressdruck aufgrund von Unregelmäßigkeiten bei dem Walzenmantel, einem durch die Presszone geführten Filzband oder dergleichen, bei der zu behandelnden Faserstoffbahn oder dem beispielsweise durch eine Gegenwalze gebildeten Gegenpresselement auftritt. Die Ölzufuhr ist vor allem an den betreffenden kritischen Stellen hoher Pressbelastungen vollauf gewährleistet. Im Ergebnis wird somit auch eine äußerst gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt. Die erfindungsgemäße Presswalze ist demnach mit Vorteil insbesondere auch bei solchen Pressvorrichtungen einsetzbar, bei denen mit einem regelmäßigen Durchgang von Papierfetzen oder -falten oder Faserstoffverdickungen durch die Presszone gerechnet werden muss. Darüber hinaus sind mit der erfindungsgemäßen Walze auch am Rand der Faserstoffbahn, wo die Bahndicke abrupt endet, stets optimale Verhältnisse gewährleistet.
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Hierzu sollte die maximale Tiefe der Vertiefungen zwischen 0,5 bis 100, vorzugsweise zwischen 1 und 20 μm liegen, wobei die in der Stützfläche vorgesehenen Vertiefungen durch Ätzen, insbesondere durch Elektroerosion, durch Laserverfahren (Laser-Honen) oder Gleitschleifen (Kerano-Finish-Verfahren) gebildet werden können.
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Im Interesse einer großflächigen Wirksamkeit sollten mehrere Vertiefungen in Laufrichtung des Walzenmantels hintereinander und/oder quer zur Laufrichtung des Walzenmantels, vorzugsweise in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein.
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Insbesondere im Hinblick auf eine möglichst optimale Temperaturverteilung ist es von Vorteil, mehrere, zueinander parallele Reihen aus jeweils einer Vielzahl von quer zur Laufrichtung nebeneinander liegenden Vertiefungen vorzusehen, wobei die Vertiefungen zweier benachbarter Reihen quer zur Laufrichtung des Walzenmantels vorzugsweise gegeneinander versetzt, d. h. auf Lücke angeordnet sind.
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Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn mehrere quer zur Laufrichtung des Walzenmantels nebeneinander angeordnete Vertiefungen über wenigstens eine Nut miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht einen Ausgleich quer zur Laufrichtung, wie er insbesondere bei Unregelmäßigkeiten (Verschleiß, Verunreinigung) im Pressfilz erforderlich sein kann.
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Um die Dicke des hydrodynamischen Schmierfilms im Pressspalt zu vergleichmäßigen genügt es, wenn nur ein Teil der Stützfläche Vertiefungen aufweist. Dabei reicht es aus, wenn etwa 2 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 10% der Stützfläche aus Vertiefungen besteht und/oder die Vertiefungen überwiegend, vorzugsweise ausschließlich in dem Teil der Stützfläche mit hohen, insbesondere den höchsten Pressdrücken angeordnet sind.
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Insbesondere im Hinblick auf die angestrebte möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung ist auch von Vorteil, wenn wenigstens eine Reihe aus einer Vielzahl von Vertiefungen in Laufrichtung des Walzenmantels betrachtet im Bereich zwischen 1/4 bis 3/4, vorzugsweise 1/4 bis 1/2 der Stützfläche angeordnet ist.
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Allgemein sollten die Vertiefungen überwiegend, vorzugsweise ausschließlich in einem Abschnitt der Stützfläche angeordnet sein, dessen Abstand zum Einlauf kürzer als zum Auslauf des Pressspaltes ist oder sogar überwiegend, vorzugsweise ausschließlich in der in Laufrichtung des Walzenmantels ersten Hälfte der Stützfläche vorhanden sein.
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Entsprechend den speziellen Erfordernissen können die Vertiefungen überwiegend, vorzugsweise ausschließlich einen runden Querschnitt und/oder länglichen Querschnitt und/oder überwiegend, vorzugsweise ausschließlich einen eckigen, insbesondere viereckigen Querschnitt besitzen.
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Dabei sollten die Vertiefungen durch Stege voneinander getrennt sein, deren Oberflächen zumindest im wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie die restliche Stützfläche liegen. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Breite der Stege zwischen 10 μm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 500 μm mm liegt.
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Zur Unterstützung eines gleichmäßigen Druckprofils sollten die Vertiefungen zumindest einseitig, vorzugsweise in Laufrichtung des Walzenmantels, kontinuierlich, insbesondere über eine konvexe Krümmung, in die teilweise durch die Stege gebildete Stützfläche übergehen.
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Wegen der besonderen Druckverhältnisse am Rand der Faserstoffbahn, wo es auch infolge der Durchbiegung des Gegenpresselementes oft zur Überpressung kommt, kann es genügen, wenn die Vertiefungen überwiegend, vorzugsweise ausschließlich im Randbereich des Pressspaltes angeordnet sind.
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Unabhängig davon sollten jedoch die der hydrodynamischen Schmierung dienenden Ölzufuhrstellen zumindest teilweise unabhängig von einem das Stützelement beaufschlagenden Druckraum gespeist werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen Teilquerschnitt durch einen Pressspalt;
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2: den Verlauf des Drucks P sowie der Schmierspalthöhe S im Pressspalt in Laufrichtung 5 und
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3a–c: eine Draufsicht auf eine Stützfläche 6 mit möglichen Gestaltungsformen von Vertiefungen 7.
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In 1 ist rein schematisch eine Presswalze mit einem stationären Träger 2 und einem umlaufenden Walzenmantel 3 dargestellt. Der um den stationären Träger 2 umlaufende Walzenmantel 3 ist über wenigstens ein gegen seine Innenumfangsfläche anpressbares Stützelement 4 am Träger 2 abgestützt.
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Das Stützelement 4 umfasst eine der Innenumfangsfläche des Walzenmantels 3 zugewandte Stützfläche 6, die im vorliegenden Fall zumindest teilweise hydrodynamisch geschmiert wird. Die Stützfläche 6 ist in Laufrichtung 5 des Walzenmantels 3 verlängert, um zusammen mit einem beispielsweise durch eine Gegenwalze gebildeten Gegenpresselement 10 eine sogenannte verlängerte Presszone zu bilden. Dabei erfolgt die Anpressung des Stützelementes 4 in Richtung der Gegenwalze über einen Druckraum 11.
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Bei einer Mehrzahl von Stützelementen 4 können diese vorteilhafterweise in Radialrichtung relativ zueinander verschiebbar sein, um insbesondere unterschiedliche Druckverläufe zu erhalten. Grundsätzlich ist auch denkbar, die Stützelemente 4 zumindest gruppenweise unter Aufrechterhaltung der gewünschten relativen Beweglichkeit spaltfrei gegeneinander abzudichten. Während die Faserstoffbahn 1 zur Glättung meist allein durch den Pressspalt geführt wird, läuft bei der Entwässerung im Allgemeinen zumindest ein endlos umlaufendes, wasseraufnehmendes Entwässerungsband 12 mit durch den Pressspalt.
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Wie in 2 gezeigt, steigt der Pressdruck P im Pressspalt in Laufrichtung 5 sehr schnell an. Nach dem Erreichen des maximalen Pressdrucks erfolgt dann ein allmähliches Absinken in Richtung Pressspaltende. Dabei ist die Schmierfilmdicke S am Pressspaltanfang bis zum Bereich des maximalen Pressdrucks oft nicht ausreichend groß. Um für die hydrodynamische Schmierung im Pressspalt genügend Schmiermittel bereitzustellen, besitzt die Stützfläche 6 eine Vielzahl von Vertiefungen 7.
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Gemäß den 3a–c besitzt die Stützfläche 6 dabei mehrere parallele Reihen von quer zur Laufrichtung 5 des Walzenmantels 3 nebeneinander angeordneten Vertiefungen 7. Dabei können sich die Reihen über die gesamte Breite oder nur über einen Teil der Breite des Stützelementes 4 erstrecken. Auf jeden Fall sind sie hier aber im Bereich M des maximalen Pressdrucks P angeordnet, der sich in Laufrichtung 5 des Walzenmantels 3 betrachtet etwa im Bereich zwischen 1/4 bis 1/2 der Stützfläche 6 befindet.
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Die erfindungsgemäße Art der Schmierung kann bei allen Stützelementen 7 unabhängig von der Art der Linienkrafterzeugung (z. B. Langkolben, Kolbenreihe, Druckprofilverstellung, Druckprofileinstellung mit flexibler Anpressleiste) angewendet werden.
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Die Vertiefungen 7 gehen zumindest einseitig kontinuierlich in die teilweise auch durch Stege 9 gebildete Stützfläche 6 über. Dieser Übergang erfolgt vorzugsweise durch eine konvexe Krümmung. Derartige Übergänge können sowohl in Laufrichtung 5 des Walzenmantels 3 als auch in Querrichtung des Stützelements 4 vorgesehen sein. Somit ist es insbesondere auch möglich, dass die Vertiefungen 7 allseitig kontinuierlich beispielsweise über eine konvexe Krümmung in die teilweise durch die Stege 9 gebildete Stützfläche 6 übergehen. Dabei können die Vertiefungen 7 wie in 3c einen runden, insbesondere kreisrunden oder aber wie in den 3a und b einen viereckigen, insbesondere quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Die Vertiefungen 7 besitzen jeweils eine maximale Tiefe T von 1 bis 20 μm.
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Hierbei können die Vertiefungen 7 einer jeweiligen Reihe in Draufsicht insbesondere auch eine solche gleiche oder unterschiedliche Kontur besitzen, dass sich benachbarte Vertiefungen 7 unter Aufrechterhaltung eines dazwischen liegenden Steges 9, in Laufrichtung 5 betrachtet, überlappen.
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Bei den in den 3a und c gezeigten Ausführungsbeispielen sind mehrere, zueinander parallele Reihen aus jeweils einer Vielzahl von voneinander getrennten Vertiefungen 7 vorgesehen. Hierbei sind die Vertiefungen 7 der beiden benachbarten Reihen quer zur Laufrichtung 5 des Walzenmantels 3 um eine halbe Stegbreite gegeneinander versetzt. d. h. auf Lücke angeordnet.
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Die in der Stützfläche 6 vorgesehenen Vertiefungen 7 werden vorzugsweise durch Laserverfahren (Laser-Honen), Gleitschleifen (Kerano-Finish-Verfahren) erzeugt.
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Des Weiteren kann ein Ausgleich zwischen den Vertiefungen 7 insbesondere einer Reihe über jeweils eine diese verbindende Nut 8 erfolgen.
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Durch die Vertiefungen 7 wird eine ausreichende hydrodynamische Schmierung des Pressspaltes selbst bei uneinheitlichen unterschiedlichen Pressdrücken sichergestellt. Es ist somit auch bei kritischen Betriebsbedingungen wie beispielsweise bei einem Durchlaufen von Batzen oder Papierverdickungen stets eine optimale Ölversorgung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Schmierfilms gewährleistet. Es ergibt sich auch eine optimale Temperaturverteilung mit einer geringeren Erwärmung des Schmierfilms, wodurch auch der Walzenmantel 3 im geringeren Masse thermisch belastet wird. Zudem ist aufgrund der geringeren Erwärmung des Schmierfilms auch die Gefahr einer thermischen Verformung des Stützelements 4 verringert. Selbst bei eventuell auftretenden Unregelmäßigkeiten können über die Breite des Stützelements 4 hinweg einheitliche Schmierverhältnisse erzielt werden.
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Im Vergleich zu einer rein hydrodynamischen oder einer rein hydrostatischen Schmierung ergibt sich auch eine größere Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des Druckprofils. Günstig ist auch der Wegfall von kantigen Vertiefungen im Bereich der Presszone.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4040392 A1 [0003]
- EP 0345501 [0005]
