DE10340514A1 - Walze - Google Patents

Abstract

Walze, insbesondere schnell laufende Walze, mit einem Walzenmantel (2), welcher eine Walzenmantel-Außenseite und eine Walzenmantel-Innenseite (18) aufweist, einen Walzen-Innenraum (9) umschließt und eine Mittel-Längs-Achse (3) als Drehachse (4) aufweist, und mit mindestens einem Stützkörper zur Verstärkung des Walzenmantels (2) gegen Verformungen bei einer Rotation der Walze um die Drehachse (4), welcher Stützkörper in dem Walzen-Innenraum (9) angeordnet ist, und gegenüber der Walzenmantel-Innenseite (18) abgestützt und festgelegt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere eine schnelllaufende Walze.
• Für das Auf- und Abwickeln von Materialbahnen, zum Beispiel von Folien aller Art, werden drehbar gelagerte Walzen verwendet. Da die Materialbahngeschwindigkeit in der Regel innerhalb eines vorgegebenen Intervalls im Wesentlichen konstant bleibt, ändert sich beim Auf- und Abwickeln der Materialbahn auf eine Walze deren Drehzahl langsam und über einen großen Drehzahlbereich. Hierbei durchläuft die Walze häufig die sogenannte halbkritische Drehzahl, bei der es zu starken Verformungen des Walzenmantels kommt. Dies wird als F2-Schlag oder auch S2-Schlag bezeichnet. Grund für den F2-Schlag (S2-Schlag) sind unterschiedliche Steifigkeiten der Walze in radialer Richtung, Dichteschwankungen und Schwankungen der Wanddicke des Walzenmantels.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu schaffen, die unabhängig von der Drehzahl möglichst gleichmäßig läuft.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, auf der Innenseite des Walzenmantels mindestens einen, vorzugsweise mehrere, Stützkörper vorzusehen, die vorzugsweise ringförmig ausgebildet sind. Hierdurch wird die Steifigkeit des Walzenmantels in Umfangsrichtung stark erhöht, ohne dass die Masse der Gesamtwalze wesentlich erhöht wird. Darüber hinaus ist eine genaue Bearbeitung der Innenseite des Walzenmantels nicht erforderlich.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen
• 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Walze,
• 2 eine Querschnittsdarstellung gemäß der Schnittlinie II-II in 1,
• 3 eine tabellarische Darstellung von Parametern mehrerer Walzen,
• 4 eine tabellarische Darstellung von Parametern zu mehreren Walzen.
• Eine Walze 1, insbesondere für einen Betrieb bei hohen Drehzahlen, weist einen ringzylindrischen rohrförmigen Walzenmantel 2 auf, der bezüglich einer Mittel-Längs-Achse 3 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Mittel-Längs-Achse 3 ist deckungsgleich mit der Drehachse 4 der Walze 1. An beiden Enden 5, 6 des Walzenmantels 2 sind jeweils Walzenflansche 7, 8 angeordnet. die mit dem Walzenmantel 2 in üblicher Weise fest verbunden sind und dessen Innenraum 9 axial verschließen. Beide Walzenflansche 7, 8 weisen einen nach innen vorspringenden ringförmigen Vorsprung 10 und einen damit verbundenen Boden 11 auf. Der Vorsprung 10 ist in die Enden 5, 6 des Walzenmantels 2 bis zu einem Anschlag 12 eingeschoben und fest mit den Enden 5, 6 verbunden. Beide Walzenflansche 7, 8 weisen an ihren axialen Stirnseiten 13 nach außen vorstehende Lagerzapfen 14, 15 auf, die koaxial zur Drehachse 4 angeordnet sind. Die Walze 1 ist mittels der Lagerzapfen 14, 15 in zugehörigen Wälzlagern drehbar gelagert. Die Walze 1 kann auch mit einer Innenlagerung ausgeführt sein.
• Der Walzenmantel 2 besteht aus einem Faserverbund-Material, insbesondere einem Kohlefaserverbund-Material. Die Fasern des Faserverbund-Materials verlaufen in dem Walzenmantel 2 in einem möglichst flachen Winkel zur Drehachse 4. Andere Faserverläufe sind auch möglich.
• In dem Walzenmantel 2 sind in axialer Richtung beabstandet voneinander mehrere als Stützkörper ausgebildete Stützringe 16 befestigt. Die Stützringe 16 weisen eine ringzylindrische Form auf. Die Außenseite 17 der Stützringe 17 liegt mittig und spielfrei an der Innenseite 18 des Walzenmantels 2 an. Die Stützringe 16 können gegenüber dem Walzenmantel 2 vorgespannt sein. Die Stützringe 16 bestehen bevorzugt aus einem Faserverbund-Material, insbesondere einem Kohlefaserverbund-Material. Die Faserrichtung der Fasern in den Stützringen 16 verläuft in Umfangsrichtung, so dass die Stützringe 16 in Umfangsrichtung eine besonders große Festigkeit und Steifigkeit besitzen. Die Stützringe 16 sind an der Innenseite 17 des Walzenmantels 2 festgelegt. Hierzu können sie eingeklebt und zusätzlich axial durch Bolzen, die am Walzenmantel 2 befestigt sind, festgelegt sein.
• Es ist möglich, die Innenseite 18 des Walzenmantels 2 konisch auszugestalten, so dass sich der Innendurchmesser d des Walzenmantels 2 in eine Richtung geringfügig verjüngt. Ein Beispiel für eine typische Konizität sind 0,2 mm Änderung des Innendurchmessers d pro 1 m Länge des Walzenmantels 2. Durch die genaue Wahl des Außendurchmessers der Stützringe 16 kann deren Anschlagposition im Walzenmantel 2 vorherbestimmt werden. Die verschiedenen Stützringe 16 sind vorteilhafterweise äquidistant zueinander angeordnet, wobei es hierauf nicht zentral ankommt. Andere Anordnungen der Ringe sind ebenfalls möglich.
• Typische Abmessungen der Walzen 1 sind in 3 tabellarisch dargestellt. Hierbei bedeuten:

L:

axiale Länge der Walze;

A:

Abstand vom Walzenende bis zur Mittelebene des ersten Rings;

B:

Abstand zwischen den Mittelebenen zweier benachbarter Stützringe;

b:

Breite eines Stützrings;

D:

Außendurchmesser des Walzenmantels;

d:

Innendurchmesser des Walzenmantels;

dx:

Innendurchmesser eines Stützrings;

N:

Anzahl der Stützringe pro Walze;

Q_L:

Quotient des Abstandes A durch die Länge L;

Q_A:

Quotient aus Anzahl N der Ringe durch Länge L;

Q_B:

Breite B multipliziert mit Anzahl N dividiert durch Länge L;

Q_W:

Wandstärke des Walzenmantels dividiert durch Wandstärke des Stützrings.

• Im Folgenden wird auf die Bedeutung der einzelnen Abmessungen und Quotienten eingegangen, da diese eine besonders optimale Dimensionierung der Walze 1 darstellen.
• Die Länge L in der ersten Spalte von 3 zeigt typische Längen von Walzen 1 im Bereich zwischen 7000 mm und 8900 mm. Es ist selbstverständlich möglich, kürzere und längere Walzen zu bauen. Die Länge der Walzen richtet sich nach den Verwendungserfordernissen in der Praxis.
• Die typischen Abstände B benachbarter Stützringe 16 liegen gemäß Spalte 3 in 3 zwischen 1125 mm und 1375 mm. Allgemein gilt: 600 mm ≤ B ≤ 1900 mm, insbesondere 900 mm < B ≤ 1500 mm, insbesondere 1100 mm ≤ B ≤ 1400 mm.
• Der Außendurchmesser D kann entsprechend den Anwendungen variieren. Im vorliegenden Fall liegt er zwischen 318 mm und 710 mm.
• Der Innendurchmesser d liegt zwischen 300 mm und 685 mm, woraus sich durch Differenzbildung mit D die Wandstärke des Walzenmantels 2 ergibt. Der Innendurchmesser dx der Stützringe 16 ist in der vorletzten Spalte von 3 wiedergegeben. Er variiert zwischen 285 mm und 660 mm. Durch Differenzbildung mit dem Innendurchmesser d des Walzenmantels ergibt sich die Dicke der Stützringe 16. Die Anzahl N der Ringe pro Walze liegt 4 und 6 Ringen. Es gilt: 2 ≤ N ≤ 12, insbesondere 3 ≤ N ≤ 8, insbesondere 4 ≤ N ≤ 7.
• Von besonderer Bedeutung sind die in 4 dargestellten Quotienten. Der Quotient Q_L liegt zwischen 0,164 und 0,214. Es gilt: 0,15 ≤ Q_L ≤ 0,23.
• Von zentraler Bedeutung ist der Quotient Q_B, der sich ergibt sich der Breite eines Stützrings multipliziert mit Anzahl der Ringe dividiert durch die Länge des Walzenmantels. Dieser Quotient gibt wieder, welcher Prozentsatz der Länge des Walzenmantels durch Stützringe unterstützt ist. In 4 liegt der Quotient Q_B zwischen 0,054 und 0,061. Dies bedeutet, dass nur 5 bis 6 Prozent der Walzenmantellänge durch Ringe unterstützt sind. Im Allgemeinen gilt für Q_B: 0,005 ≤ Q_B ≤ 0,20 insbesondere 0,01 ≤ Q_B ≤ 0,10, insbesondere 0.04 ≤ Q_B ≤ 0,07. Hieraus ergibt sich, dass nur ein ver gleichsweise geringer Bruchteil des Walzenmantels durch Stützringe unterstützt wird.
• Für den Quotienten Q_A gilt: 0,5 m^–1 ≤ Q_A ≤ 0,8 m^–1, insbesondere 0,55 m^–1 Q_A ≤ 0,72 m^–1.
• Das Verhältnis der Wandstärken Q_W liegt zwischen 0,92 und 1,25. Im Allgemeinen gilt: 0,7 ≤ Q_W ≤ 1,5, insbesondere 0,85 ≤ Q_W ≤ 1,3.
• Die Parameter und Quotienten können auch vollständig andere Werte einnehmen, solange die Funktion der Stützkörper bei der Rotation der Walze erhalten bleibt.
• Die Funktionsweise der Stützringe 16 in der Walze 1 ist folgende. Bei der Herstellung der Walze 1 entstehen vor allem auf deren häufig nicht oder nur grob bearbeiteter Innenseite 18 Umwuchten. Wird die Drehzahl der Walze 1 erhöht, so erreicht diese irgendwann die sogenannte halbkritische Drehzahl. Hierbei kommt es zu besonders großen Verformungen des Walzenmantels 2, die als F2-Schlag oder S2-Schlag bezeichnet werden. Relevant sind hierfür auch die unterschiedlichen Steifigkeiten des Walzenmantels 2. Durch das Anbringen der Stützringe 16 wird die Steifigkeit des Walzenmantels 2 in Umfangsrichtung wesentlich erhöht und die Walze 1 am Innendurchmesser bewusst verformt. Hierdurch kann der S2-Schlag stark reduziert werden. Es können im Allgemeinen Stützringe 16 aus beliebigem Material, so auch Stahl, verwendet werden. Stützringe aus Faserverbund-Material, bei denen die Faserrichtung der Umfangsrichtung entspricht, sind aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer großen Steifigkeit in Umfangsrichtung besonders geeignet.

Claims (10)

1. Walze, insbesondere schnelllaufende Walze, a) mit einem Walzenmantel (2), welcher i) eine Walzenmantel-Außenseite und eine Walzenmantel-Innenseite (18) aufweist, ii) einen Walzen-Innenraum (9) umschließt, und iii) eine Mittel-Längs-Achse (3) als Drehachse (4) aufweist, und b) mit mindestens einem Stützkörper zur Verstärkung des Walzenmantels (2) gegen Verformungen bei einer Rotation der Walze um die Drehachse (4), welcher Stützkörper i) in dein Walzen-Innenraum (9) angeordnet ist, und ii) gegenüber der Walzenmantel-Innenseite (18) abgestützt und festgelegt ist.
2. Walze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper als Stützring (16) ausgebildet ist.
3. Walze gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (16) eine Stützring-Außenseite (17) aufweist, die flächig an der Walzenmantel-Innenseite (18) anliegt.
4. Walze gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (2) und/oder der Stützkörper aus einem Faserverbund-Material, insbesondere aus einem Kohlefaserverbund-Material besteht.
5. 5. Walze gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbund-Materials des Walzenmantels (2) in Längsrichtung des Walzenmantels (2) und/oder die Fasern des Faserverbund-Materials des Stützkörpers in Umfangsrichtung des Stützkörpers verlaufen.
6. Walze gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Walzenmantel (2) mehrere, axial voneinander beabstandete Stützkörper vorgesehen sind.
7. Walze gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den axialen Abstand B zwischen benachbarten Stützkörpern gilt: 600 mm ≤ B ≤ 1900 mm, insbesondere 900 mm ≤ B ≤ 1500 mm, insbesondere 1100 mm ≤ B ≤ 1400 mm.
8. Walze gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Quotienten Q_A aus der Anzahl der Ringe pro Walze dividiert durch die Länge L der Walze gilt: 0,5 m^–1 ≤ Q_A ≤ 0,8 m^–1, insbesondere 0,55 m^–1 ≤ Q_A ≤ 0,72 m^–1.
9. Walze gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenmantel-Innenseite (18) eine Konizität, insbesondere eine Konizität von 0,2 mm Durchmesserveränderung auf 1 m Rohrlänge, aufweist.
10. Walze gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Quotienten Q_B, definiert durch die Breite b der Stützkörper mnultipliziert mit deren Anzahl N dividiert durch die Länge des Walzenmnantels gilt: 0,005 ≤ Q_B ≤ 0,20 insbesondere 0,01 ≤ Q_B ≤ 0,10, insbesondere 0,04 ≤ Q_B ≤ 0,07.