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Die Erfindung betrifft eine gegossene Achse für die Walze einer Faserbahnmaschine, welcher Achse zwei Endabschnitte und ein Profilteil zwischen den Endabschnitten zugeordnet sind, und jedem Endabschnitt werden ein Änderungsbereich zugeordnet, bei dem sich der der Achse zugeordnete Achszapfen zum Profilteil verändert. Die Erfindung betrifft auch eine mit einer gegossenen Achse ausgestattete Walze der Faserbahnmaschine.
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Die das Profilteil umfassende, gegossene Achse wird hauptsächlich in den Walzen der Faserbahnmaschine verwendet, bei denen die Achse nicht drehbar ist. Dabei bleibt die Achse unbewegt, während sich der um die Achse gelagerte Walzenmantel dreht. Das Querschnittprofil des Profilteiles ist üblicherweise von seiner Grundform her I und in der Praxis befindet sich die Hauptachse des I-Profils in der Belastungsrichtung der Walze. So kann auch ein dünnes I-Profil große Lasten tragen, während die Gesamtmasse der Achse gering bleibt. Bei den sog. biegungskompensierten Walzen, wie bei der Schuhwalze und bei ihrer Gegenwalze wird der Walzenmantel dadurch gestützt und belastet, dass die Drücke der Belastungselemente, die zwischen dem Walzenmantel und der Achse angeordnet sind, so geregelt werden, dass die Berührungslinie des Walzenmantels mit der Gegenwalze möglichst gerade ist.
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Bei den bekannten biegungskompensierten Walzen ist das Querschnittprofil der Achse fast konstant auf der ganzen Strecke der Nipbreite. Die vorher erwähnten Belastungselemente befinden sich auf der Breite des Nips. Es wird versucht, den Stützabstand der Achse eng zu halten, damit die Walzenkonstruktion möglichst leicht und von ihren Kosten her günstig wird. Die bekannte Achse weist einen kurzen Änderungsbereich auf, bei dem sich der der Achse zugeordnete Achszapfen zum Profilteil verändert. In der Praxis ändert sich der Querschnitt der Achse schnell, wenn sich das von ihrem Querschnitt her großes I-Profil drehungssymmetrisch und von seinem Durchmesser her im Vergleich zum Profilteil zu einem kleinen Achszapfen verändert. Dabei werden bei der Belastung des Nips mit Belastungselementen die Formveränderungen der Achse in einem kurzen Bereich vollgezogen, bei dem sich der Querschnitt ändert. So steigen die Spannungen im Änderungsbereich hoch, was wiederum dickwandige und so schwere Konstruktionen zur Folge hat. Zusätzlich ist ein Änderungsbereich auf einer kurzen Strecke gießtechnisch schwierig realisierbar. Der Achszapfen und der Änderungsbereich müssen auch gedreht werden, was wiederum die Fertigungskosten erhöht. Das Drehen einer großen Achse verlangt eine große Drehmaschine.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, für die Walze der Faserbahn eine neuartige gegossene Achse hervorzubringen, welche leichter als vorher ist, aber wobei die durch die Formänderung hervorgerufenen Spannungen geringer als vorher sind. Die kennzeichnenden Merkmale dieser erfindungsgemäßen Achse sind dem beigelegten Patenanspruch 1 zu entnehmen. Zusätzlich ist die Zielsetzung der Erfindung, eine neuartige mit einer gegossenen Achse ausgestattete Walze einer Faserbahnmaschine hervorzubringen, deren Stützabstand kürzer als vorher ist Die kennzeichnenden Merkmale dieser erfindungsgemäßen Achse sind dem beigelegten Patenanspruch 10 zu entnehmen. Bei der Erfindung wird der Änderungsbereich der Achse in einer neuen und überraschenden Weise realisiert, wobei lokale Spannungsspitzen vermieden werden können. Gleichzeitig wird das Gießen der Achse einfacher und der Bedarf an maschineller Bearbeitung lässt nach. So ist die Walze gut belastbar, während die Spannungen gleichmäßiger als früher auf die Achse geteilt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung detailliert anhand der beigelegten, der Ausführungsformen der Erfindung beschreibenden Zeichnungen beschrieben, bei denen
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in 1 eine durch die Schuhwalze und die biegungskompensierte Gegenwalze gebildete Langnipanordnung von der Maschinenrichtung her betrachtet dargestellt wird,
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in 2a eine Langnipanordnung als Prinzipzeichnung gemäß 1 als Querschnitt dargestellt wird,
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in 2b eine erfindungsgemäße biegungskompensierte Gegenwalze als Querschnitt einer gegossenen Achse und axonometrisch dargestellt wird,
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In 3 eine erfindungsgemäße Schuhwalze von der Seite der Achse her betrachtet dargestellt wird,
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In 4 eine zweite erfindungsgemäße Schuhwalze von der Seite der Achse her betrachtet dargestellt wird.
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In 1 wird prinzipiell eine Langnipanordnung einer Faserbahnmaschine dargestellt, welche aus der Schuhwalze 10 und aus ihrer Gegenwalze 14 ausgebildet wird. Der Schuhwalze wird eine nicht drehbare Druckachse 11 und ein auf die Druckachse 11 gestützter, belastbarer Druckschuh 12 zugeordnet. Der Schuhwalze wird ein elastischer Riemenmantel 13 zugeordnet, der um die Druckachse 11 angeordnet ist. Die Schuhwalze bildet gemeinsam mit der Gegenwalze 14 zwischen sich einen Langnip, durch welchen die Faserbahn zum Pressen der Faserbahn geleitet wird. Der Druckschuh 12 streckt sich wesentlich auf die ganze Breite des Langnips aus. Normalerweise wird eine biegungskompensierte Gegenwalze eingesetzt, welche gegen die Schuhwalze hinein in den Kreis ihres Riemenmantels gedrückt wird. Der vorher erwähnte Druckschuh 12 ist ausgebildet, der Form des Walzenmantels der biegungskompensierten Gegenwalze zu folgen. In 1 befindet sich die Schuhwalze 10 in der unteren Position, obgleich sich die Schuhwalze normalerweise in der oberen Position befindet. In 1 werden die Belastungselemente der biegungskompensierten Gegenwalze 14 nicht dargestellt. Zusätzlich zur Schuhwalze kann die biegungskompensierte Walze als Gegenwalze für zum Beispiel eine mit einem harten Mantel ausgestattete Presswalze oder die Thermowalze des Kalanders fungieren. Zusätzlich ist die Schuhwalze auch selbst eine biegungskompensierte Walze.
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In 2 werden Walzen 10 und 14 für die Langnipanordnung von den Enden her betrachtet dargestellt. Die Drehrichtung des Riemenmantels wird mit Hilfe eines Pfeils dargestellt. In 2a wird eine Belastungselement 16 für die Schuhwalze 10 dargestellt, welche sich dicht nebeneinander auf der Strecke des Druckschuhes 12 befinden (1). Auch in Maschinenrichtung kann es sich zwei Belastungselemente nacheinander befinden. Mit Hilfe der Belastungselemente 16 wird der Druckschuh 12 zur Gegenwalze 14 gezwungen. Zwischen den Mänteln der Walzen bleibt der zu pressende Faserbahn normalerweise zwischen zwei Presswalzen oder zwischen dem Pressfilz und der Gegenwalze (nicht dargestellt). Auch die Gegenwalze 14 weist Belastungselemente 17 auf, mit Hilfe deren die Form des Walzenmantels 15 in die Form des Druckschuhes 12 des Riemenwalzes 10 gezwungen werden kann. Dabei kann mit Hilfe der Zusammenarbeit von der Gegenwalze und der Schuhwalze der Langnip gerade gestellt werden und dabei wird dann die durch den Langnip geleitete Faserbahn möglichst gleichmäßig auf ihrer ganzen Breite her gepresst.
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In 2b wird der bekannte gegossene Achse 18 für die Walze der Faserbahnmaschine dargestellt. Die dargestellte Achse 18 kann auch als die Druckachse 11 der Schuhwalze 10 ausgebildet sein. In 3 und 4 wird der Achse 11 zwei Endabschnitte 19 und 20 zugeordnet. Zwischen den Endabschnitten 19 und 20 ist ein Profilteil angeordnet, dessen Querschnittprofil hier von seiner Grundform her I ist. In Richtung der Hauptachse des Querschnittprofils der Achse trägt die Achse die Last gut, obgleich die ‚Taille‘ des Profils eng ist. Die Hauptachse wird mit einer gestrichelten Punktlinie dargestellt. Die Holme des I-Profils entsprechen an den äußeren Teilen dem Mantel also sie sind an den Enden konvex, wobei die Form der Achse der Form der Innenfläche eines kreisartigen Walzenmantels entspricht. In dem anderen Holm gibt es zusätzlich noch eine Vertiefung 22, in der die Belastungselemente angeordnet werden. Die Lagerung des Walzenmantels stützt sich an den beiden Enden auf die Achse, während die Belastungselemente wesentlich auf der Länge der ganzen profilierten Achse angeordnet werden. So kann der Abstand zwischen der Achse und dem Walzenmantel wie gewünscht gehalten und auch das gewünschte Profil kann geregelt werden. Die Bedeutung der Biegung der Achse wird betont, wenn sich die Walze in der unteren Position befindet, wobei die Achse sowohl durch die Belastung als auch durch die eigene Masse gebogen wird.
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In den 3 und 4 wird die erfindungsgemäße Achse 11 von der Seite her dargestellt. Jedem Endabschnitt 19 und 20 wird ein Änderungsbereich 31 zugeordnet, in der der Achse 11 zugeordnete Achszapfen 24 zu einem Profilteil 21 geändert wird. Gemäß der Erfindung streckt sich der Änderungsbereich 31 auf den Belastungsbereich 32 der Achse 11. Genauer gesagt der Änderungsbereich 31 streckt sich in axialer Richtung mindestens auf die Achse 11 in den Bereich des angeordneten Belastungselement 16. Allgemein gesagt der Belastungsbereich ist der Bereich zwischen den äußersten Teilen der äußersten Belastungselemente, hier den äußersten Zylindern. In der Praxis wurde das Querschnittprofil der Achse auf eine überraschende Weise an den Walzenenden geändert, bei denen ein Belastungselement oder mehrere Belastungselemente in dem fließend seine Form verändernden Bereich außerhalb des Standardquerschnittprofils der Achse. In 3 und 4 erstreckt sich der Änderungsbereich 31 in axialer Richtung auf zwei bis drei Achsen 11 in den Bereich des angeordneten äußersten Belastungselements. So wurde der Änderungsbereich im Vergleich mit der bekannten Lösung erheblich verlängert. Allgemein gesagt beträgt die Länge s des Änderungsbereiches 31 in axialer Richtung 0,4–1,6, bevorzugter 0,6–1,2 mal Durchmesser R der Achse 11. Dabei wird die Belastungsfähigkeit der Achse in Bezug auf die Masse noch verbessert. In der Praxis werden Spannungsspitzen niedriger gesetzt und für größere Bereiche gleichmäßiger verteilt, während die Masse der Achse gleichzeitig sinkt. Zusätzlich sind die fließenden und stromlinienartigen Formen gusstechnisch betrachtet günstiger. Genauer gesagt der Änderungsbereich ist fließend konvex.
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Am linken Ende der 3 und 4 wird eine dem Endabschnitt 19 gegossene Öffnung 33 dargestellt, welche sich vom Ende des Achszapfens 24 bis zum Änderungsbereich 31 erstreckt. Eine entsprechende Öffnung befindet sich auch in dem gegenüberliegenden Endabschnitt 20. Die Öffnung entlastet die Achse und zusätzlich kann über die Öffnung leicht die Durchführung in das Walzeninnere realisiert werden. Bevorzugt öffnet sich die Öffnung 33 im Änderungsbereich 31 auf zwei gegenüberliegende Seiten des Profilteils 21. Dies erleichtert zum Beispiel die Durchführungen wie zum Beispiel die Führung der Schläuche der Belastungselemente. Zusätzlich kann der Querschnitt des Achszapfens 24 herkömmlich drehsymmetrisch (3) oder ein Vieleck (4) sein. Dabei kann die Form des Achszapfens optimiert werden und die für die Stützung erforderlichen maschinellen Bearbeitungen können als Dreharbeiten ausgeführt werden. Dank eines fließenden und langen Änderungsbereiches verlangt der konvexe Endabschnitt keine maschinelle Bearbeitung. So wird der Bedarf an maschineller Bearbeitung der Achse geringer.
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Überraschenderweise kann also der Endabschnitt der Achse zum Verkürzen des Profilteiles eingesetzt wird, indem der Änderungsbereich 31 des Endabschnittes 19 und 20 auf den Belastungsbereich 32 der Walze 11 und 18 erstreckt wird. Anders gesagt, der Änderungsbereich 31 erstreckt sich mindestens in den Bereich des äußersten Belastungselements 16, hier des äußersten Belastungszylinders. Dabei sind die Holme der Achse an dieser Stelle länger als normal, denn bei der bekannten Achse erstreckt sich der Profilanteil von der Mitte her betrachtet weiter nach Außen als die Belastungszylinder (1). Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann der den äußersten Belastungszylinder stützende Teil der Achse mehr außen als die Holme an der gleichen Stelle in Richtung des Radius bleiben. Die Verlängerung des Änderungsbereiches des Endabschnittes auf den Belastungsteil der Walze ermöglicht kleinere als früher, aber weiter als früher sich verteilende Spannungen im Bereich des Achszapfens und des Endabschnittes. Dabei wird, im Vergleich mit dem sprunghaft sich ändernden Endabschnitt, auch im Gewicht der erwähnten Aufbauten erspart.
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Die in 4 dargestellte Achse 11 weist im Querschnittprofil des Profilteiles 21 eine zusätzliche Verstärkung 23 so auf, dass die Biegungssteifheit der Achse 18 größer ist als ohne zusätzliche Verstärkung 23. Anders gesagt, das Querschnittprofil ist abweichend in dem Profilteil der Achse im Vergleich zu den Endabschnitten der Querschnittprofils der Achse. Die Endabschnitte weisen einen Achszapfen 24 auf, die eine Passfläche 25 für die Lagerung umfasst. Die Passfläche 25 verändert sich zu einem ein I-Profil aufweisenden Profilteil 21, welche eine zusätzliche Verstärkung 23 aufweist. Dank der zusätzlichen Verstärkung wächst die Biegungssteifheit der Achse. Anders gesagt, die Achse wird weniger als früher gebogen, wobei durch den Einsatz der zusätzlichen Verstärkung die sonstige Bemessung der Walzenpaare unverändert bleibt, obgleich die Walzen verlängert werden. Dabei werden zusätzliche Bemessungen und maschinellen Bearbeitungen vermieden.
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Bevorzugt wird die Dimension der zusätzlichen Verstärkung 23 si gewählt, dass die Biegungssteifheit der Achse 18 25–75 % beträgt, bevorzugt 35–55 % größer als ohne zusätzliche Verstärkung 23. Schon durch eine relative geringe Erhöhung der Biegungssteifheit wird die erforderliche Sicherheitsmarginale erzielt.
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In 4 wird eine andere erfindungsgemäße Achse dargestellt. Hier wird dem Profilteil 21 ein mit einer zusätzlichen Verstärkung 23 ausgestatteter Mittelteil 26 und auf seinen Seiten sich an den Änderungsbereichen 31 begrenzende Einstellbereiche 28 zugeordnet. Dabei weist die Achse maximale Verstärkungen auf. Der Endanteil ist gewissermaßen Standard für die in Frage kommende Größe und die Stärke des Profilteiles variiert so immer nach der gewählten zusätzlichen Verstärkung und derer Länge. In 3 ist der Profilanteil sog. normal ohne die in 4 darzustellende zusätzliche Verstärkung. In 4 ist im Einstellbereich 28 die Veränderung des Querschnittprofils der Achse 18 vom Profilanteil 26 zu Endanteil 27 linear. Dabei ändert sich das Querschnittprofil der Achse allmählich stufenweise, wobei die lokalen Spannungsspitzen vermieden werden können. Bevorzugt ist im Einstellbereich 28 die Änderung des Querschnittprofils der Achse 18 vom Profilanteil 26 zu Endanteil 27 fast tangential. Dabei wird die Spannungsverteilung der gebogenen Achse ideal ohne große Spannungskonzentrationen. Zusätzlich kann das geschmolzene Metall ohne Hinderungen fließen.
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Die zusätzliche Verstärkung ist im mittleren Bereich des Profilteiles der Achse angeordnet. Genauer gesagt, die zusätzliche Stärke 23 ist ungefähr im Bereich des Nips 29 angeordnet. Zum Beispiel in einer sechs Meter langen Achse kann die zusätzliche Verstärkung zum Beispiel in der Mitte in einem Abstand von einem Meter zu den beiden Rändern oder zum Beispiel in der Walze einer größeren Belastung zwei Meter von der Mitte in Richtung beider Ränder angeordnet sein. Allgemein gesagt, je länger der Weg der zusätzlichen Verstärkung von der Achse ist, desto steifer ist die Achse. Zusätzlich zu der Länge kann die Größe der zusätzlichen Verstärkung geändert werden. Zwar kann durch Einstellen der Länge bei der zusätzlichen Stärke eine Art von Gussform eingesetzt werden, um den Einstellbereich zu bilden. So kann mit Hilfe von zwei verschiedenen zusätzlichen Gussformen zusätzlich zu herkömmlichen Gussformen von Steifheit und Länge her verschiedene Achsen ohne Verarbeitung der Gussformen als Handarbeit oder Neubemessungen gegossen werden. Gleichzeitig können die Endabschnitte 19 und 20 der Achse konstant bei den Achsen desselben Durchmessers sein.
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Neue und überraschende zusätzliche Gussformen werden aus Gussformausrüstungen gebildet, welche in einem Teil der Strecke die herkömmliche Gussform decken. Anders gesagt, zusätzlich zu den Endabschnitte und Grundform aufweisenden Profilteilen stehen jetzt eigene Gussformausrüstungen zur Verfügung. Mit Hilfe der Gussformgarnitur werden bei der Achse Einstell- und Zusatzverstärkungsprofile gebildet. So kann mindestens aus drei Arten von Gussformgarnitur eine erfindungsgemäße die ganze Walze umfassende Gussform durch Verbinder mindestens der End-, Einstell- und Zusatzverstärkungsausstattungen. Mit Hilfe der einstellbaren Gussformgarnitur wird das Querschnittprofil der Achse deutlich verändert, was von den herkömmlichen auf die Emissionen des Gusses zurückzuführenden, geringen millimeterlangen Abweichungen im Querschnittprofil abhängen. In der Praxis ist die Veränderung mehrere Dutzende Millimeter.
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In 2 wird eine erfindungsgemäße Achse als Querschnitt dargestellt. Auf der linken Seite der Hauptachse der Achse 18 wird mit Hilfe einer dünnen Kunststofflinie die erfindungsgemäße Zusatzverstärkung 23 dargestellt, während die Holme 30 auf der rechten Seite ohne Zusatzverstärkung bleiben. Hier wird die Zusatzverstärkung 23 an den Innenflächen der dem I-Profil zugehörigen Holme 30 angeordnet. So können die Oberteile der Holme an allen Achsen gleich sein, während die zusätzliche Masse nach innen zeigt. Bevorzugt ist die Zusatzverstärkung gleich groß an den beiden Holmen angeordnet. Die Eigenschaften der Achse können durch verschiedengroße Zusatzverstärkungen an den Holmen eingestellt werden. Im Allgemeinen kann festgestellt werden, dass die Achse ein I-Profil aufweist, das einen Ober- und einen Unterholm umfasst. Zwischen den Holmen befindet sich ein Steg. Die Zusatzverstärkung ist eine durch die Ausweitung gebildete Verstärkung, welche eine Verdickung der Holme des I-Profils bevorzugt in Richtung des Radius nach Innen ist. Trotz der Unterschiede der Schnittlinien in 2b ist die Zusatzverstärkung ein fester Teil der Achse und sie wird beim Gießen der Achse geformt.
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Die Erfindung betrifft also auch mit einer gegossenen Achse ausgestattete Walze einer Faserbahnmaschine. Der Walze 10 oder 14 wird eine nicht drehbare Achse 11 oder 18 zugeordnet, der zwei Endabschnitte 19 und 20 und ein Profilteil 21 zwischen den Endabschnitten 19 und 20 zugeordnet werden. Meistens ist das Querschnittprofil des Profilteiles von seiner Grundform her I. Bei diesem Querschnittprofil des Profilteiles 21 ist die Zusatzverstärkung 23 so gestaltet, dass die Biegungsfestigkeit der Achse 11 oder 18 größer als ohne Zusatzverstärkung 23 ist. Sonst entspricht die Achse dem oberhalb beschriebenen Text. Mit Hilfe der Eigenschaften des Änderungsbereiches der Achse, der Zusatzverstärkung der Achse oder dieser beiden kann das Anwendungsgebiet der Walze erweitert werden, ohne, dass eine größere Walzengröße oder dann eine größere Gegenwalze gewählt wird. Auch der Bedarf an Bemessung ist nicht mehr vorhanden oder wird mindestens erheblich geringer, was die Kosten reduziert. Zusätzlich verleiht die Zusatzverstärkung mehr Biegungssteifheit der Achse mit geringen Änderungen. In der Praxis wird der Bedarf an maschinellen Bearbeitungen der Achse geringer und auch der Achszapfen durch Drehen maschinelle bearbeitet werden kann. Lediglich ändert sich nur der die durch Gießen entstehende Rohling. Auch die Zunahme der Masse ist begrenzt, da sich das Profil der Achse nur in einem Teil der Strecke verändert. Die Bildung von Zusatzverstärkung verlangt wenige zusätzlichen Ressourcen, da für die bestehenden Gussformgarnituren nur eine Gussform für den Einstellbereich und eine zweite Gussform für den mittleren Abschnitt angeschafft werden muss. Entsprechend ist der fließende Änderungsbereich des Endabschnittes günstig und seine Bedarf an maschineller Bearbeitung ist gering.
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In der Praxis kann mit Hilfe von vorher beschriebenen Gussformen in den Gussrahmen eine Form gefertigt werden, in die die Achse auf einmal gegossen wird. Nach dem Entfernen von Gussrahmen werden erforderliche maschinelle Behandlungen der Oberfläche durchgeführt, wonach die Achse bereit für das Ausrüsten und Verbinden mit dem Walzenmantel zu einer biegenkompensierten Walze ist.
