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Die Erfindung betrifft eine durchbiegesteuerbare Walze, mit einem hohlen, rotierbar gelagerten Walzenmantel, mit einem den Walzenmantel durchsetzenden, drehfest gelagerten Träger, und mit einer zwischen dem Träger und dem Walzenmantel im Arbeitsbereich der Walze wirkenden, hydraulischen Stützvorrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Antrieb einer durchbiegesteuerbaren Walze.
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Durchbiegesteuerbare Walzen finden nicht nur als mitlaufende Walzen, bei denen sich der Walzenmantel reibungsarm um den drehfesten Träger drehen kann, Verwendung, sondern auch als angetriebene Walzen, bei welchen der Mantel drehangetrieben wird. Dem Drehantrieb dienen außen liegende Motoren, die an ein Hüll- oder Aufsteckgetriebe angeflanscht sind. Zum Ankoppeln der Abtriebswelle des Getriebes an den Walzenmantel dient häufig ein Antrieb mit einem flexiblen Zugmittel, der beispielsweise eine umlaufende Kette umfasst, die sich im Eingriff mit einem auf der Abtriebswelle des Getriebes befindlichen Kettenrad und einem an einem Endbereich des Walzenmantels vorgesehenen weiteren Kettenrad befindet.
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Nachteilig ist bei dieser seit langem eingesetzten Antrieben, dass diese eine Vielzahl von mechanischen Bauteilen umfassen und somit aufwendig in ihrer Herstellung sind. Darüber hinaus besteht das Problem, dass ein Durchbiegen des Trägers und/oder Walzenmantels dazu führen kann, dass die beiden Kettenräder nicht mehr exakt fluchten, was zu einem erhöhten Verschleiß führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine durchbiegesteuerbare Walze mit einem verbesserten Antrieb sowie ein Verfahren zum Antrieb einer durchbiegesteuerbaren Walze zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Walze und durch das in Anspruch 8 angegebene Verfahren gelöst.
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Die erfindungsgemäße, durchbiegesteuerbare Walze zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Walzenmantel ein Teil eines ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweisenden elektromotorischen Direktantriebs vorgesehen ist. Bei derartigen rotativen Direkantrieben, auch „Torquemotoren” genannt, umfasst das Primärteil regelmäßig ein aktives Spulensystem, das Sekundärteil ein Dauermagnetsystem, etwa in konzentrischer Anordnung.
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Bei dem an den Walzenmantel vorgesehenen Teil kann es sich grundsätzlich sowohl um das Primärteil als auch um das Sekundärteil des Direktantriebs handeln. Vorzugsweise ist das Teil jedoch als Sekundärteil ausgebildet, da dann ein Einspeisen elektrischer Leistung in den rotierenden Walzenmantel, das einen erhöhten konstruktiven Aufwand erfordert, nicht notwendig ist.
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Bei dieser Ausgestaltung ist vielmehr lediglich eine drehfeste Verbindung des Dauermagnetsystems an dem Walzenmantel in ausgewuchteter Masseverteilung erforderlich.
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Je nach für den vorgesehenen Anwendungsfall erforderlicher Antriebsleistung kann das Teil des Direktantriebs an einem Endbereich des Walzenmantels, vorzugsweise außerhalb des Wirkbereichs der hydraulischen Stützvorrichtung, vorgesehen sein oder es können auch an beiden Endbereichen elektromotorische Direktantriebe mit einem ihrer Teile am Walzenmantel vorgesehen sein.
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Ist das eine, vorzugsweise als Sekundärteil ausgebildete Teil des Direktantriebs drehfest mit dem Walzenmantel verbunden, so ist das andere, vorzugsweise als Primärteil ausgebildete Teil des Direktantriebs drehfest gegenüber der Lagerung der Walze angeordnet. Dies kann beispielsweise konstruktiv erfolgen, in dem dieses andere Teil drehfest am Träger oder drehfest an einem den Träger lagernden Maschinengestell angeordnet ist.
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Das an dem Walzenmantel vorgesehene Teil des elektromotorischen Direktantriebs kann als das andere Teil außen umgebender Außenläufer ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das andere Teil drehfest an dem Träger angebracht ist.
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Insbesondere dann, wenn die Walze jedoch eine eine Innenlagerung für den Walzenmantel bewirkende Lagerglocke umfasst, wie dies für sich genommen aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann das an dem Walzenmantel vorgesehene Teil des elektromotorischen Elektroantriebs als Innenläufer und das andere, gegenüber der Walzenlagerung drehfest angeordnete Teil als Außenläufer, vorzugsweise drehfest in der Lagerglocke angeordnet sein.
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Bei durchbiegegesteuerten Walzen kommt es ohne weitere Maßnahmen, bedingt durch die bekannte Durchbiegung des Trägers, zum radialen Versatz von den Primär- und Sekundärteilen des elektromotorischen Direktantriebs. Dieser radiale Versatz kann verhindert werden, wenn – wie bei einer bevorzugten Ausführungsform – eine die Primär- und Sekundärteile relativ zueinander zentrierende Lageranordnung vorgesehen ist. Durch diese „Zwangszentrierung” kann der Ringspalt zwischen Primär- und Sekundärteil klein gehalten werden, so dass eine durchbiegungsunabhängige magnetische Ankopplung gewährleistet ist.
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Beispielsweise bei sehr hoch beheizten Walzen kann jedoch eine zentrierende Lageranordnung nur unter Schwierigkeiten zu realisieren sein. Bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze wird daher auf eine Zentrierlagerung verzichtet und die Primär- und Sekundärteile sind derart ausgestaltet, dass sie eine aufgrund einer Walzendurchbiegung im Betrieb der Walze zu erwartende Relativverschiebung schräg zur Mittellängsachse erlauben. Hierzu kann einerseits der Ringspalt zwischen Primär- und Sekundärteil so dimensioniert sein, dass die zu erwartende Relativverschiebung nicht zu einem mechanischen Kontakt dieser Bauteile führt. Auch können Primär- und Sekundärteil bei unbelasteter Walze exzentrisch und/oder angular versetzt derart angeordnet sein, dass der Versatz bei belasteter Walze kleiner ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Walzen ausschnittsweise und schematisch dargestellt sind, weiter erläutert werden. Es zeigt:
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1 den linken Endbereich des ersten Ausführungsbeispiels, teilweise geschnitten;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel;
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel;
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel:
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, jeweils in 1 entsprechender Ansicht, sowie
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6 das fünfte Ausführungsbeispiel in einer 5 entsprechenden Ansicht, wobei jedoch – übertrieben – die Verlagerung von Primär – und Sekundärteil des elektrischen Direktantriebs bei durchgebogenen Träger aufgrund einer Belastung der Walze gemäß 6 von oben dargestellt ist.
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Das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Walze 100 umfasst einen Träger 1, der drehfest, aber um kleine Winkel um einen Lagermittelpunkt P verschwenkbar mit Hilfe eines Pendellagers 3 in einem Maschinengestell 2 gelagert ist. Um die Mittellängsachse L des Trägers rotierbar ist auf ihm mit Hilfe von Rollenlagern 4 ein wesentlicher rohrförmiger Walzenmantel 5 gelagert. Um seine Durchbiegung bei Belastung etwa in Richtung der Kraftkomponente K ausgleichen zu können, ist zur Ausbildung einer hydraulischen Stützvorrichtung S im oberen Teil eines zwischen der inneren Mantelfläche 6 des Walzenmantels 5 und der äußeren Mantelfläche 7 des Trägers 1 gebildeten Ringraums 8 eine Druckkammer 9 vorgesehen, in welche in bekannter Weise ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium einbringbar ist.
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An dem in 1 links dargestellten Ende des Walzenmantels 5 ist ein Kreis 10 eines ein Primärteil 11 und ein Sekundärteil 12 aufweisenden elektromotorischen Drehantriebs 13 vorgesehen. Das Sekundärteil 12 umfasst einen Flansch 14, welcher die Verbindung zum Walzenmantel 5 herstellt. Von dem Flansch 14 erstreckt sich ein im Wesentlichen rohrabschnittsförmiger Bereich 15, dessen Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Walzenmantels 5 ist. Der Bereich 15, welcher ein Dauermagnetsystem umfasst, ist im Wesentlichen konzentrisch umgeben von dem ebenfalls etwa ringförmig ausgebildeten Primärteil 11, welches ein aktives Spulensystem aufweist. Das Primärteil 11 umfasst etwa parallel zur Längsmittelachse L geteilte Segmente, um einfacher unter Zusammenfügen der einzelnen, in der Zeichnung nicht erkennbaren Segmente konzentrisch zum Sekundärteil 12 montiert werden zu können.
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Primär- und Sekundärteile 11, 12 stützen sich über Rollenlager 16, die lediglich im unteren Bereich der Zeichnung dargestellt sind, gegeneinander ab, so dass sich das Primärteil 11 zum Sekundärteil 12 selbst zentrierend verhält.
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Das Primärteil 11 ist mit einer Drehmomentstütze 17 verbunden, die einen drehfesten Sitz des Primärteils 11 gegenüber dem Maschinengestell 2 sicherstellt und der Aufnahme von beim Antrieb des Walzenmantels entstehender Reaktionskräfte dient.
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Zum Antrieb des Walzenmantels 5 wird das Spulensystem des Primärteils 11 in an sich bekannter Weise mit einer geeigneten Wechselspannung beaufschlagt.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Walze 200 unterscheidet sich von der Walze 100 lediglich darin, dass der Träger 1 eine Lagerglocke 18 trägt, die ihrerseits mit Hilfe eines Pendellagers 19 in dem Maschinengestell 2 gelagert ist. Träger 1 und Lagerglocke 18 sind drehfest miteinander verbunden.
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Die Lagerglocke 18 weist einen Bereich größeren Innendurchmessers 20 auf, in welchen ein rohrförmiger Zapfen 2, der einen kleineren Außendurchmesser als der Walzenmantel 5 aufweist, hineinragt. Der Zapfen 21 ist mit Hilfe eines Rollenlagers 22 an der inneren Mantelfläche 23 des Bereichs 20 der Lagerglocke 18 gelagert.
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Auf der äußeren Mantelfläche 24 des Zapfens 21 ist drehfest das Sekundärteil 25 des elektromotorischen Drehantriebs 13 angeordnet, konzentrisch umgeben vom Primärteil 26, welches sich wiederum über Rollenlager 16 gegenüber dem Sekundärteil 25 abstützt und somit gegenüber diesem selbstzentrierend ist. Im Übrigen entspricht die Walze 200 der Walze 100, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zur 1 verwiesen wird.
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Bei den Direktantrieben der Walzen 100 und 200 sind die Sekundärteile konzentrisch innerhalb der Primärteile vorgesehen, diese beiden erfindungsgemäßen Walzen umfassen somit als Innenläufermotoren ausgebildete Direktantriebe.
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Bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Direktantriebe hingegen als Außenläufermotoren ausgebildet. Hierzu ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Walze 300 an dem ii 3 links dargestellten, stirnseitigen Ende des Walzenmantels 5 ein im Wesentlichen rohrabschnittförmig ausgebildetes Sekundärteil 27 befestigt. Es weist einen gegenüber dem Träger 1 einen vergrößerten Innendurchmesser auf, so dass zwischen der äußeren Mantelfläche 28 des Trägers 1 und der inneren Mantelfläche 29 des Sekundärteils 27 ein Ringraum 30 gebildet ist.
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In diesen Ringraum 30 ragt das drehfest angeordnete Primärteil 31 des elektromotorischen Drehantriebes 13 hinein.
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Darüber hinaus entspricht die Ausführungsform gemäß 3 im Wesentlichen der in 1 beschriebenen Walze 100, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese verwiesen wird.
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Bei der in 4 dargestellten Walze 400, die wie auch die anhand von 2 beschriebene Walze 200 eine Lagerglocke 18 zur Innenlagerung des Walzenmantels 5 mit Hilfe von Rollenlagern 22 aufweist, weist das Primärteil 32 des elektromotorischen Direktantriebs 13 einen Bereich 33 auf, dessen Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Bereichs 22 der Lagerglocke 18 ist. Der Bereich 33 ist mit Hilfe eines Flansches 34 stirnseitig an der Lagerglocke 18 befestigt. Das Sekundärteil 35 des Drehantriebs 13 ist an der Stirnseite des Walzenmantels 5 befestigt und weist zur äußeren Mantelfläche 36 des Zapfens 21 einen Ringraum 37 auf, in welchen das Primärteil 32 hineinragt.
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Bei dem in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen dienen nur teilweise dargestellte Rollenlager 16 zwischen dem Primär- und dem Sekundärteil der Selbstzentrierung der beiden Teile. Aufgrund dieser Maßnahme ist eine Zentrierung von Primär- und Sekundärteil auch für den Fall gewährleistet, dass sich der Träger während des Betriebs der Walze aufgrund quer zu ihrer Längsmittelachse wirkenden Kraftkomponenten durchbiegt.
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Bei dem in 5 und 6 dargestellten, weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze 500 wurde jedoch auf Maßnahmen wie Rollenlager 16 zur Selbstzentrierung verzichtet und ein quer zur Mittellängsachse verlaufender Versatz zwischen dem Primärteil 38 und dem Sekundärteil 39 gelassen. Zwischen Primär- und Sekundärteil 38, 39 ist hierzu ein Ringspalt 40 mit einer Breite b belassen, die groß genug ist, einen mechanischen Kontakt zwischen den Teilen während des Betriebs zu vermeiden. Da sich das Primärteil 38 beim Durchbiegen des Trägers 1 relativ zum Maschinengestell 2 verlagert, wurde auf eine Drehmomentstütze verzichtet und das Primärteil 38 ist drehfest mit dem Träger 1 verbunden. Ferner sind Primär- und Sekundärteil derart konzeptioniert, dass auch bei einem seitlichen Versatz eine ausreichend hohe elektromagnetische Ankupplung zwischen Primär- und Sekundärteil gewährleistet ist.
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Elektromotorische Drehantriebe, die in den Zeichnungen lediglich links dargestellt sind, können jedoch auch an beiden stirnseitigen Enden vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200, 300, 400, 500
- Walze
- 1
- Träger
- 2
- Maschinengestell
- 3
- Pedellager
- 4
- Rollenlager
- 5
- Walzenmantel
- 6
- innere Mantelfläche
- 7
- äußere Mantelfläche
- 8
- Ringraum
- 9
- Druckkammer
- 10
- Teil
- 11
- Primärteil
- 12
- Sekundärteil
- 13
- elektronischer Direktantrieb
- 14
- Flansch
- 15
- Bereich
- 16
- Rollenlager
- 17
- Drehmomentstütze
- 18
- Lagerglocke
- 19
- Pendellager
- 20
- Bereich
- 21
- Zapfen
- 22
- Rollenlager
- 23
- innere Mantelfläche
- 24
- äußere Mantelfläche
- 25
- Sekundärteil
- 26
- Primärteil
- 27
- Sekundärteil
- 28
- äußere Mantelfläche
- 29
- innere Mantelfläche
- 30
- Ringraum
- 31
- Primärteil
- 32
- Primärteil
- 33
- Bereich
- 34
- Flansch
- 35
- Sekundärteil
- 36
- äußere Mantelfläche
- 37
- Ringraum
- 38
- Primärteil
- 39
- Sekundärteil
- 40
- Ringspalt
- b
- Breite
- K
- Kraftkomponente
- L
- Mittellängsachse
- P
- Lagermittelpunkt
- S
- hydraulische Stützvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006024832 A1 [0002]
