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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkwellenanord nung mit den Merkmalen
des Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Kalanderwalzen
werden in einem Kalander oder einer anderen Walzenmaschine, beispielsweise einem
Glättwerk,
verwendet um eine Materialbahn, insbesondere eine Papierbahn, im
Zusammenwirken mit weiteren Kalanderwalzen mit erhöhtem Druck und
gegebenenfalls auch mit erhöhter
Temperatur zu beaufschlagen. Hierzu wird eine Papierbahn durch Nips
geführt,
die zwischen benachbarten Kalanderwalzen gebildet sind.
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In
einem Kalander muß mindestens
eine Kalanderwalze angetrieben sein. Bei modernen Kalandern der "Janus"-Bauart sind in der
Regel sogar mehrere oder sogar alle Walzen angetrieben. Der Antrieb erfolgt
hierbei über
eine Gelenkwellenanordnung. Eine Gelenkwellenanordnung ist erforderlich,
weil der Antrieb der Kalanderwalze in der Regel ortsfest ist, die
Kalanderwalze selbst aber in Richtung einer Pressenebene höhenveränderlich
ausgebildet ist. Diese Höhenveränderung
ist beispielsweise erforderlich, damit benachbarte Kalanderwalzen
auseinanderbewegt werden können,
um den Nip zu öffnen. Für die Bewegung
der Walze gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Man kann beispielsweise die gesamte Walze mit Lagerung im Ständer des
Kalanders verschieben oder man kann lediglich den Walzenmantel gegenüber einem
ständerfest
gelagerten Joch verschieben, wie dies bei Durchbiegungseinstellwalzen mit
Mantelhub der Fall ist.
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Bei
der Behandlung einer Papierbahn in Kalandern, der sogenannten Satinage,
hat man festgestellt, daß es
vielfach zu sogenannten "Barring"-Erscheinungen kommt.
Diese Barring-Bildung äußert sich
in Streifen, die sich quer zur Laufrichtung der Papierbahn erstrecken
und ab einem Zeitpunkt, wo sie sichtbar werden, zu Ausschuß der Papierbahn
führen.
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Die
Ursachen dieser Barring-Bildung sind noch nicht restlos geklärt. Man
nimmt aber an, daß sie
auf die eine oder auf die andere Weise auf eine Schwingung zurückzuführen ist,
die sich im Kalander ausgebildet hat.
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Man
hat nun festgestellt, daß eine
derartige Barring-Bildung um so eher auftritt, je länger die
Gelenkwellenanordnung ist. Bei manchen Kalandern ist es aber erforderlich,
zwischen der Walze und dem Antrieb einen Abstand von mindestens
2,5 m, vielfach sogar von mindestens 3 m einzuhalten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um auch
bei der Verwendung längerer
Gelenkwellenanordnungen eine Ausbildung von Barring klein zu halten.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Gelenkwellenanordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Man
nimmt an, daß eine
mögliche
Schwingungsanregung, die zu der Barring-Bildung führt, durch
die Gelenkwellenanordnung gebildet ist. Die Gelenkwellenanordnung
bestand bislang einfach aus einer Gelenkwelle, d. h. aus einer Welle
mit Kardangelenken an beiden Enden. Ein Ende war dabei direkt mit
dem Antrieb und das andere Ende direkt mit der Walze verbunden,
gegebenenfalls über
ein Walzengetriebe. Wenn nun eine derartige Gelenkwelle ge dreht
wird, dann läßt sich
eine ungleichmäßige Winkelgeschwindigkeit
bei einer Umdrehung beobachten, d. h. die Gelenkwelle wird bei einer
Umdrehung abwechselnd beschleunigt und verzögert. Die Geschwindigkeitsunterschiede
sind dabei zwar nicht sehr groß.
Bei einer Gelenkwelle, die sich mit höheren Drehzahlen dreht, d.
h. mit Drehzahlen oberhalb von 600 Umdrehungen pro Minute, kann
dies aber bereits zu einer kleinen Torsions-Schwingungsanregung
führen,
die sich bei ungünstigen
Verhältnissen zu
einer größeren Schwingung
aufschaukelt. Hierbei ist zu beachten, daß die Schwingungsanregung mit doppelter
Umlauffrequenz der Gelenkwelle erfolgt. Wenn man nun die Gelenkwellenanordnung
aufteilt in eine Zwischenwelle, die über eine erste Gelenkwelle
mit der Walze und über
eine zweite Gelenkwelle mit der Antriebsanordnung verbunden ist,
dann kann man diese Schwingungsproblematik verringern und damit
weitgehend entschärfen.
Man kann nämlich
die Zwischenwelle dann wieder so ausrichten, daß sie eine weitgehend gleichförmige Rotationsgeschwindigkeit
hat. Ungleichförmige
Geschwindigkeiten ergeben sich zwar noch an den beiden Gelenkwellen
an den Enden der Zwischenwelle. Da die Gelenkwellen aber eine geringere
Masse als die Zwischenwelle aufweisen, ist der Einfluß dieser
ungleichförmigen
Geschwindigkeiten kleiner gemacht worden.
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Die
Zwischenwelle ist an einem Wellenträger gelagert. Der Wellenträger stützt die
Zwischenwelle zusätzlich
ab, so daß die
Belastung der Gelenkverbindungen zwischen der Zwischenwelle und
den Gelenkwellen kleiner gemacht werden kann. Darüber hinaus
erhält
man durch den Wellenträger
die Möglichkeit,
die Zwischenwelle so abzustützen,
daß biegekritische
Drehzahlen in dem beabsichtigten Drehzahlbereich nicht auftreten
können.
Damit wird insbesondere die Möglichkeit
geschaffen, auch längere
Zwischenwellen verwenden zu können,
ohne daß größere Probleme
auftreten.
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Der
Wellenträger
ist um einen Gelenkpunkt verschwenkbar. Wenn die wellenseitige erste
Gelenkwelle und eine Eingangswelle der Walze auf einer geraden Linie
liegen, also keinen Winkel miteinander einschließen, dann befindet sich der
Gelenkpunkt in der Mitte der ersten Gelenkwelle. Durch diese Anordnung
ist es möglich,
die Winkel zwischen der ersten Gelenkwelle und der Walzenachse einerseits
und der ersten Gelenkwelle und der Zwischenwelle andererseits unabhängig von
der Neigung der ersten Gelenkwelle zur Walzenachse immer gleich zu
halten.
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Der
Wellenträger
weist an einem Ende einen ortsfesten Gelenkpunkt und am anderen
Ende einen verschiebbaren Gelenkpunkt auf. Mit einer sich ändernden
Neigung der Zwischenwelle ist üblicherweise
auch eine Änderung
der Länge
der Zwischenwelle verbunden. Diese Änderung der Länge der
Zwischenwelle läßt sich
auf einfache Weise bei dem Wellenträger dadurch auffangen, daß dieser
an einem Ende einen verschiebbaren Gelenkpunkt aufweist. Dieser
kann beispielsweise durch einen Bolzen gebildet sein, der in einem
Langloch geführt
ist.
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Vorzugsweise
ist ein Winkel zwischen der Walzenachse und der ersten Gelenkwelle
gleich einem Winkel zwischen der ersten Gelenkwelle und der Zwischenwelle.
Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Umlaufgeschwindigkeit
der Zwischenwelle praktisch konstant zu halten, d. h. die Zwischenwelle
wird bei einem Umlauf weder beschleunigt noch verzögert. Dies
ist ein wesentlicher Beitrag dazu, Schwingungen klein zu halten,
die über
den Antrieb in die Kalanderwalze eingetragen werden können.
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Vorzugsweise
weist die Zwischenwelle mindestens 75% der Masse der rotierenden
Teile der Gelenkwellenanordnung auf. Damit bildet die Zwischenwelle
praktisch den größten Anteil
an der rotierenden Masse der Gelenkwellenanordnung. Wenn man dafür sorgt,
daß dieser
größte Anteil
ohne nennenswerte Schwingungen arbeiten kann, dann wird die Schwingungsanregung
in die Kalanderwalze weiter herabgesetzt. Hierbei ist ein zusätzlicher
Vorteil darin zu sehen, daß eine
relativ große
Masse zwischen der ersten Gelenkwelle und der zweiten Gelenkwelle auch
dazu beiträgt,
eine Schwingungsübertragung von
der antriebsseitigen zweiten Gelenkwelle auf die Kalanderwalze selbst
zu dämpfen.
Im Grunde besteht dann nur noch eine Schwingungsanregung durch eine
ungleichförmige
Rotationsbewegung der ersten Gelenkwelle, wobei diese Anregung sehr
klein ist.
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Vorzugsweise
ist die Zwischenwelle über Wälzlager
an dem Wellenträger
gelagert. Wälzlager haben
gegenüber
einfachen Gleitlagern den Vorteil, daß sie höhere Drehzahlen aushalten.
Da die Gelenkwellen mit Geschwindigkeiten von 600 oder sogar 800
Umdrehungen pro Minute oder mehr betrieben werden, ergibt sich auf
diese Weise eine relativ stabile Lagerung.
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Vorzugsweise
ist der Wellenträger
als Zwischenwellen-Schutz ausgebildet. Der Wellenträger hat
also nicht nur eine reine Stützfunktion.
Er kann beispielsweise die Zwischenwelle auch in Form eines Rohres
umgeben, so daß eine
Gefährdung
von Bedienungspersonen durch die Zwischenwelle klein gehalten wird.
Gleichzeitig ist natürlich
auch die Gefahr einer Beschädigung
der Zwischenwelle von außen verringert
worden.
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Vorzugsweise
sind die beiden Gelenkwellen winkelversetzt mit entgegengesetzt
gleichen Winkeln zur Zwischenwelle angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht es,
daß die
Walzenachse und die Achse des Antriebs wieder parallel zueinander
ausgerichtet sind. Darüber
hinaus ergibt sich bei einer Beschleunigung in der ersten Gelenkwelle,
jedenfalls in ihrem Mittelteil, eine positive und in der zweiten
Gelenkwelle eine negative Beschleunigung, so daß sich die jeweiligen kleinen
Ungleichförmigkeiten
gegenseitig aufheben.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt
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die
einzige Figur eine schematische Ansicht einer Gelenkwellenanordnung
einer Kalanderwalze.
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Eine
Kalanderwalze 1 ist im vorliegenden Fall als NIPCO-Walze
ausgebildet, d. h. als Durchbiegungseinstellwalze, deren Walzenmantel 2 um eine
Walzenachse 23 rotiert. Die Walze 1 ist hierbei mit
einem Mantelhub ausgebil det, d.h. der Walzenmantel 2 kann
sich in Richtung eines Doppelpfeils 3 bewegen.
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Der
Walzenmantel 2 ist mit einem Getriebe 4 verbunden,
das eine schematisch dargestellte Eingangswelle 5 aufweist.
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In
einer gewissen Entfernung von der Walze 1, die mindestens
2,5 m beträgt,
ist eine Antriebsanordnung 6 vorgesehen, die beispielsweise
durch einen Elektromotor mit einem nicht näher dargestellten Ausgangsgetriebe
gebildet ist. Die Antriebsanordnung 6 weist eine Ausgangswelle 7 auf.
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Zwischen
der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 7 ist
eine Gelenkwellenanordnung 8 angeordnet. Die Gelenkwellenanordnung 8 weist
eine erste Gelenkwelle 9 auf, die mit der Eingangswelle 5 des
Getriebes 4 gelenkig verbunden ist und zwar über ein
Gelenk 10. Die Gelenkwellenanordnung 8 weist eine
zweite Gelenkwelle 11 auf, die über ein Gelenk 12 mit
der Ausgangswelle 7 verbunden ist.
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Zwischen
der ersten Gelenkwelle 9 und der zweiten Gelenkwelle 11 ist
eine Zwischenwelle 13 angeordnet, die über ein Gelenk 14 mit
der ersten Gelenkwelle und über
ein Gelenk 15 mit der zweiten Gelenkwelle verbunden ist.
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Die
erste Gelenkwelle 9 schließt mit der Eingangswelle 5 einen
Winkel α ein,
der genauso groß ist
wie ein Winkel β zwischen
der ersten Gelenkwelle 9 und der Zwischenwelle 13.
Die erste Gelenkwelle 9 verläuft im wesentlichen parallel
zur zweiten Gelenkwelle 11. Die Ausgangswelle 7 verläuft im wesentlichen
parallel zur Eingangswelle 5. Die Zwischenwelle 13 ist
weder mit den beiden Gelenkwellen 9, 11 noch mit
der Eingangswelle 5 oder der Ausgangswelle 7 parallel.
Durch diese winkelmäßige Anordnung wird
erreicht, daß die
Zwischenwelle mit einer im wesentlichen gleichförmigen Rotationsgeschwindigkeit rotieren
kann, während
die beiden Gelenkwellen 9, 11 bei einem Umlauf
beschleunigt und abgebremst werden. Allerdings ist durch den winkelmäßigen Versatz
der beiden Gelenkwellen 9, 11 dafür gesorgt, daß bei einer
positiven Beschleunigung der ersten Gelenkwelle 9 eine
negative Beschleunigung der zweiten Gelenkwelle 11 auftritt,
so daß sich
die jeweiligen kleinen Ungleichförmigkeiten
gegenseitig aufheben.
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Die
Zwischenwelle 13 macht massenmäßig den größten Teil der rotierenden Teile
der Gelenkwellenanordnung 8 aus. Die Masse der Zwischenwelle 13 beträgt mindestens
75% der Masse der rotierenden Teile. Man kann diesen Anteil aber
auch noch wesentlich größer wählen, beispielsweise
zu 85 oder 90%. Dadurch, daß der
größte Teil
der Masse gleichförmig
rotiert, wird eine Schwingungsanregung der Walze 1 durch
die Gelenkwellenanordnung 8 klein gehalten. Zusätzlich kommt
als Vorteil hinzu, daß die Masse
der Zwischenwelle 13 sozusagen als Dämpfer gegen eine Schwingungsanregung
der Walze 1 durch die zweite Gelenkwelle 11 wirkt.
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Die
Zwischenwelle 13 ist über
einen Wellenträger 16 gelagert
und zwar über
zwei Wälzlager 17, 18,
die im Bereich der Enden der Zwischenwelle 13 angeordnet
sind. Die Wälzlager
lassen durchaus Drehgeschwindigkeiten von 800 Umdrehungen pro Minute
oder mehr zu.
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Der
Wellenträger 16 ist
an einem ersten Gelenkpunkt 19 mit dem Getriebe 4 bzw.
einem damit verbundenen Haltearm 20 verbunden. Wenn L einen Abstand
zwischen den Gelenken 10, 14 definiert, die an
den beiden Enden der ersten Gelenkwelle 9 angeordnet sind,
dann befindet sich der Gelenkpunkt 19 an einer Entfernung ½ L vom
Gelenk 10. Im Hinblick darauf, daß die erste Gelenkwelle 9 geneigt
ist, trifft dies zwar nur ungefähr
zu. Die Winkelverhältnisse sind
in der Zeichnung aus Gründen
der Übersichtlichkeit
jedoch übertrieben
groß dargestellt.
Bei einer tatsächlichen
Ausführungsform,
bei der die Länge
der Gelenkwellenanordnung 8 etwa 3 m beträgt und die Hubhöhe etwa
10 cm beträgt,
kann man in einer guten Näherung
davon ausgehen, daß der
Gelenkpunkt 19 tatsächlich
etwa in der Mitte der ersten Gelenkwelle 9 angeordnet ist.
Er liegt auf jeden Fall auf einer Kreislinie, die die Mitte der
ersten Gelenkwelle 9 beschreibt, wenn die Gelenkwelle um
das Gelenk 10 verschwenkt wird. Mit dieser Anordnung ist
es möglich,
daß die
Winkel α und β an den Gelenken 10 und 14 automatisch
gleich gehalten werden, auch wenn der Mantel 2 in Richtung
des Doppelpfeiles 3 verschoben wird.
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Am
anderen Ende weist der Walzenträger 16 ebenfalls
einen Gelenkpunkt 21 auf, der durch einen Bolzen gebildet
ist, der in einem Langloch 22 geführt ist. Dadurch ist der Gelenkpunkt 19 ortsfest,
bezogen auf den Wellenträger 16,
während
der Gelenkpunkt 21 verlagerbar ist, um Längenänderungen
ausgleichen zu können.
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Im
Bereich der Gelenkpunkte 19, 21 kann der Wel lenträger 16 durchaus
U-förmig
ausgebildet sein, so daß die
beiden Gelenkwellen 9, 11 zwischen Befestigungsschenkeln
des Wellenträgers 16 hindurchgeführt werden
können.
Mit anderen Worten ist es möglich,
daß die
Gelenkwellen 9, 11 tatsächlich durch die Gelenkpunkte 19, 21 hindurchgehen.
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In
der Figur ist schematisch dargestellt, daß der Wellenträger 16 als
Balken ausgebildet ist, der oberhalb der Zwischenwelle 13 angeordnet
ist. Man kann den Wellenträger 16 aber
auch als Schutz für die
Zwischenwelle 13 ausbilden, beispielsweise indem er die
Zwischenwelle 13 rohrartig umgibt.