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Die
Erfindung betrifft eine Schuhwalze zur Herstellung und/oder Behandlung
einer Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mit wenigstens
einem Pressschuh und einem über
diesen geführten
flexiblen Walzenmantel, der zur Bildung eines in Bahnlaufrichtung
verlängerten
Pressnips gegen ein Gegenelement pressbar ist, sowie mit im Bereich
der beiden seitlichen Ränder
des Walzenmantels vorgesehenen Stirnscheiben.
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Eine
Schuhwalze dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 33 38 487 A1 bekannt.
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Während des
Betriebs einer solchen Schuhwalze kommt es infolge des Anpressens
des Walzenmantels gegen das beispielsweise durch eine Gegenwalze
gebildete Gegenelement zu einer starken Stauchung bzw. Krümmung des
Walzenmantels aufgrund der der Kontur des Gegenelements bzw. der Gegenwalze
nachgebildeten, z.B. konkaven Stütz- oder
Pressfläche
des Pressschuhs. Dabei wird der flexible Walzenmantel insbesondere
im Bereich zwischen dem Pressschuhrand und der Stirnscheibe stark
mechanisch beansprucht. Dieser negative Effekt wird beispielsweise
bei einer heißen
Gegenwalze wie beispielsweise bei Glättwerken und bei Papierbahnen
mit niedrigen Flächengewichten
noch verstärkt,
da zusätzlich
noch eine thermische Beanspruchung infolge des Kontaktes des Walzenmantels mit
der heißen
Gegenwalze in den Bereichen außerhalb
der Faserstoffbahn auftritt.
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Es
wurde nun bereits vorgeschlagen, am Außenumfang der Stirnscheiben
umlaufende oder abrollende Element anzuordnen und diese mit den Rändern des
flexiblen Walzenmantels zu verbinden. Vorgeschlagen wurde in diesem
Zusammenhang insbesondere auch der Einsatz von mit den Walzenrändern zu
verbindenden, am Umfang der Stirnscheiben umlaufenden Keilriemen.
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Aufgrund
der hierbei miteinander zu verbindenden Teile (z.B. Mantel und Riemen)
treten in Praxis eine Reihe von Problemen auf. So ergibt sich u.a. eine
schlechtere Runability, was z.B. auf eine geringe Biegewechselfestigkeit
zurückzuführen ist.
Die zwischen den Mantelrändern
und den feststehenden Stirnscheiben auftretenden Relativbewegungen
bringen einen erhöhten
Verschleiß mit
sich. Die auftretenden Reibkräfte
bringen eine Torsion des Walzenmantels mit sich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schuhwalze
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten
Probleme beseitigt sind. Dabei sollen insbesondere auch die Lebensdauer
des Walzenmantels erhöht
und der Verschleiß reduziert
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Schuhwalze zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn,
insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mit wenigstens einem Pressschuh und
einem über
diesen geführten
flexiblen Walzenmantel, der zur Bildung eines in Bahnlaufrichtung verlängerten
Pressnips gegen ein Gegenelement pressbar ist, sowie mit im Bereich
der beiden seitlichen Ränder
des Walzenmantels vorgesehenen stationären Stirnscheiben, an denen
die Mantelränder gelagert
und zwangsgeführt
sind, wobei die Mantelränder
im Bereich des verlängerten
Pressnips zumindest im wesentlichen entsprechend der Kontur der der
Materialbahn zugewandten Pressfläche
des Pressschuhes an den stationären
Stirnscheiben geführt
sind.
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Aufgrund
dieser Ausbildung werden die Lebensdauer des Walzenmantels deutlich
erhöht
und der Verschleiß spürbar reduziert.
Die Randzonen des Walzenmantels (Lagerung) können zusammen mit dem Walzenmantel
in einem Fertigungsschritt hergestellt werden.
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Bevorzugt
ist zwischen einer jeweiligen Randzone des flexiblen Walzenmantels
bzw. einem jeweiligen Mantelrand und der betreffenden stationären Stirnscheibe
zusätzlich
zu den Lagerflächen
wenigstens eine Dichtung vorgesehen.
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Dabei
kann beispielsweise wenigstens eine einer jeweiligen Randzone bzw.
einem jeweiligen Mantelrand zugeordnete und mit dieser bzw. diesem umlaufende
Dichtung vorgesehen sein. Nachdem die Dichtung mit dem Walzenmantel
umläuft,
wird der Verschleiß am
Mantel entsprechend minimiert, wodurch sich eine längere Laufzeit
des Walzenmantels ergibt.
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Grundsätzlich sind
jedoch auch solche Ausführungsformen
denkbar, bei denen wenigstens eine einer jeweiligen stationären Stirnscheibe
zugeordnete, insbesondere feststehende Dichtung vorgesehen ist.
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Als
zusätzliche
Dichtung kann insbesondere wenigstens ein O-Ring vorgesehen sein.
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Der
durch den Walzenmantel und die Stirnscheiben begrenzte Walzeninnenraum
ist zweckmäßigerweise
mit einem Betriebsinnendruck beaufschlagbar. Dieser Betriebsinnendruck
liegt zweckmäßigerweise
in einem Bereich von etwa 5000 Pa bis etwa 1200 Pa, wobei er vorzugsweise
etwa 8000 Pa beträgt.
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Zumindest
der Bereich zwischen Pressschuh und Walzenmantel kann insbesondere
hydrodynamisch und/oder hydrostatisch geschmiert sein. Als Schmiermittel
ist vorzugsweise Öl
vorgesehen.
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Bei
einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schuhwalze
sind die stationären
Stirnscheiben mit Führungsnuten
versehen und die Mantelränder
in diesen Führungsnuten
entsprechend gleitend gelagert und zwangsgeführt. Bevorzugt besitzt die
Führungsnut
einer jeweiligen stationären
Stirnscheibe hierbei im Bereich des verlängerten Pressnips einen zumindest
im Wesentlichen der Kontur der der Materialbahn zugewandten Pressfläche des
Pressschuhs entsprechenden Verlauf.
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Insbesondere
in dem Fall, dass das Gegenelement durch eine Gegenwalze gebildet
ist, kann die der Materialbahn zugewandete Pressfläche des Pressschuhs
beispielsweise eine konkave Kontur besitzen. In diesem Fall besitzt
vorteilhafterweise also auch die Führungsnut einer jeweiligen
stationären Stirnscheibe
im Bereich des verlängerten
Pressnips einen zumindest im Wesentlichen einer solchen konkaven
Kontur entsprechenden Verlauf.
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Die
Randzonen des Walzenmantels können aus
dem gleichen Material, z.B. Polyurethan, wie dessen Mittelzone bestehen.
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Bevorzugt
sind die Randzonen des Walzenmantels härter als dessen Mittelzonen
ausgeführt. Besteht
der Walzenmantel beispielsweise aus Polyurethan, so können die
Randzonen des Walzenmantels also insbesondere aus einem härteren Polyurethan
als dessen Mittelzone bestehen.
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Bei
einer zweckmäßigen praktischen
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schuhwalze besitzen
die Randzonen des Walzenmantels eine Shore A Härte > 90, insbesondere eine Shore A Härte > 95 (bzw. eine Shore
D Härte > 40) und vorzugsweise
eine Shore A Härte > 98 (bzw. eine Shore
D Härte > 43) nach DIN 53505
bzw. ISO 868. Es sei darauf hingewiesen, dass die Shore A-Skala
bei höheren
Härten
in die Shore D-Skala übergeht.
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Von
Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Randzonen des Walzenmantels
einen höheren E-Modul
als dessen Mittelzone besitzen. Dabei besitzt die Mittelzone des
Walzenmantels bevorzugt einen E-Modul im Bereich von 500 MPa. Die
Randzonen des Walzenmantels besitzen zweckmäßigerweise einen E-Modul > 500 MPa, insbesondere > 700 MPa und vorzugsweise > 1000 MPa.
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Bei
einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schuhwalze
enthalten die Randzonen des Walzenmantels zumindest an der Oberfläche abriebfeste
Partikel, um den Verschleiß in
den Lagern zu reduzieren.
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Dabei
können
die Randzonen des Walzenmantels beispielsweise aus einem Material
bestehen, das Polyurethan mit anorganischen Füllstoffen wie insbesondere
metallischen und/oder keramischen Partikeln umfasst.
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Die
Randzonen des Walzenmantels können vorteilhafterweise
zumindest an der Oberfläche
auch gut wärmeleitende
Partikel enthalten. Mit solchen wärmeleitenden Partikeln kann
eine örtliche Überhitzung
vermieden werden, indem die entstehende Wärme in den Randzonen durch
die wärmeleitenden Partikel über das
bevorzugt verwendete Öl
besser abgeführt
werden kann.
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Von
Vorteil ist auch, wenn die Randzonen des Walzenmantels zumindest
an der Oberfläche Partikel
mit reduzierendem Reibwert enthalten. Dabei können die Partikel mit reduzierendem
Reibwert beispielsweise aus PTFE, Graphit und/oder dergleichen bestehen.
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Grundsätzlich können auch
Kombinationen von zwei oder mehreren der zuvor genannten Arten von
Partikeln vorgesehen sein.
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Die
Randzonen des Walzenmantels können auch
aus anderen Werkstoffen bestehen. So können diese Randzonen beispielsweise
zumindest teilweise aus dünnem
Metall, CFK, GFK und/oder dergleichen bestehen. Dadurch wird die
Torsion des Walzenmantels infolge der Randreibung (Mantel wird nur
im Pressnip durch Filz angetrieben) entsprechend reduziert.
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Bevorzugt
ist die Mittelzone des Walzenmantels quer zur Bahnlaufrichtung betrachtet
breiter als der Pressschuh.
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Vorteilhafterweise
ist die Mittelzone des Walzenmantels quer zur Bahnlaufrichtung betrachtet breiter
als das insbesondere durch eine Gegenwalze gebildete Gegenelement.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer herkömmlichen
Schuhwalze mit einem randseitig an umlaufenden kreisförmigen Stirnscheiben
befestigten Walzenmantel,
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2 eine schematische Längsschnittdarstellung
eines Teils einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schuhwalze,
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3 eine schematische Stirnansicht
der erfindungsgemäßen Schuhwalze
gemäß 2 und
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4 eine schematische Längsschnittdarstellung
eines Teils einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schuhwalze,
bei der eine jeweilige zusätzliche
Dichtung der jeweiligen Randzone des flexiblen Walzenmantel bzw. dem
jeweiligen Mantelrand zugeordnet ist und mit dieser bzw. diesem
umläuft.
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1 zeigt in schematischer
Querschnittsdarstellung eine herkömmliche Schuhwalze 10 mit
einem randseitig an umlaufenden kreisförmigen Stirnscheiben 12 befestigten
flexiblen Walzenmantel 14.
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Die
Schuhwalze 10 umfasst wenigstens einen Pressschuh 16,
der über
Stützelemente 18 an
einem den flexiblen Walzenmantel 14 durchsetzenden drehfesten
Träger 20 abgestützt ist.
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Der über den
Pressschuh 16 geführte
flexible Walzenmantel 14 ist zur Bildung eines in Bahnlaufrichtung
L verlängerten
Pressnips 22 gegen ein Gegenelement 24 pressbar,
das im vorliegenden Fall durch eine Gegenwalze gebildet ist.
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Wie
anhand der 1 zu erkennen
ist, besitzt der Pressschuh 16 eine nach innen konkav geformte
Pressfläche 26,
mit der er gegen die Gegenwalze 24 pressbar ist.
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Der
Walzenmantel 14 läuft
während
des Betriebs dieser herkömmlichen
Schuhwalze 10 über den
feststehenden, d.h. drehfesten und an die Innenfläche des
Walzenmantels 14 anpressbaren Pressschuh 16, wobei
die Pressfläche 26 beispielsweise mit Öl geschmiert
sein kann. Durch den Pressnip 22 kann insbesondere eine
von einem Filzband gestützte
Papierbahn laufen.
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Der
Walzenmantel 14 läuft
also um den drehfesten Träger 20 und über den
Pressschuh 16, wobei die beiden seitlichen Ränder des
flexiblen Walzenmantels 14 an den entsprechend mit rotierenden Stirnscheiben 12 befestigt
sind.
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Während die
Mittelzone des flexiblen Walzenmantels 14 bedingt durch
die konkave Pressfläche 26 des
Pressschuhs 16 eine konkave Kontur besitzt, weist der Walzenmantel 14 in
seinen Randzonen eine dem Umfang der rotierenden Stirnscheiben 12 entsprechende
kreisförmige
Kontur auf.
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Während des
Betriebs einer solchen Anordnung kann es immer wieder zu ungewollten
Verformungen und einer hohen mechanischen und thermischen Beanspruchung
des Walzenmantels 14 in seinen axialen und stirnseitigen
Randbereichen kommen.
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2 zeigt in schematischer
Längsschnittdarstellung
einen Teil einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schuhwalze 28.
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Die
Schuhwalze 28 dient der Herstellung und/oder Behandlung
einer Materialbahn, bei der es sich insbesondere um eine Papier-
oder Kartonbahn handeln kann. Sie umfasst wenigstens einen Pressschuh 30 und
einen über
diesen geführten
flexiblen Walzenmantel 32, der zur Bildung eines in Bahnlaufrichtung
L (vgl. auch 3) verlängerten
Pressnips 34 gegen ein im vorliegenden Fall beispielsweise durch
eine Gegenwalze gebildetes Gegenelement 36 pressbar ist.
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Im
Bereich der beiden seitlichen Ränder 38 des
Walzenmantels 32 sind wieder Stirnscheiben 40 vorgesehen,
bei denen es sich im vorliegenden Fall jedoch um stationäre, d.h.
insbesondere drehfeste Seitenteile handelt.
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An
diesen stationären
Stirnscheiben 40 sind die Mantelränder 38 gelagert und
zwangsgeführt.
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Dabei
sind die Mantelränder 38 im
Bereich des verlängerten
Pressnips 34 zumindest im Wesentlichen entsprechend der
im vorliegenden Fall beispielsweise konkaven Kontur der der Materialbahn zugewandten
Pressfläche 42 des
Pressschuhs 30 an den stationären Stirnscheiben 40 geführt.
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Wie
anhand der 2 zu erkennen
ist, ist zwischen einem jeweiligen Mantelrand 38 und der betreffenden
stationären
Stirnscheibe 40 zusätzlich zu
den Lagerflächen 44 wenigstens
eine Dichtung 46 vorgesehen. Dabei kann beispielsweise
wenigstens eine einem jeweiligen Mantelrand 38 zugeordnete und
mit diesem umlaufende Dichtung oder, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel,
beispielsweise wenigstens eine einer jeweiligen stationären Stirnscheibe 40 zugeordnete,
beispielsweise feststehende Dichtung 46 vorgesehen sein.
Bei den Dichtungen 46 kann es sich insbesondere um O-Ringe
handeln.
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Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die stationären
Stirnscheiben 40 mit Führungsnuten 48 versehen
und die Mantelränder 38 in
diesen Führungsnuten 48 entsprechend
gleitend gelagert und zwangsgeführt.
Im vorliegenden Fall sind die Führungsnuten 48 zwischen
zwei durch Schrauben 50 zusammengehaltenen Teilen 40', 40'' der stationären Stirnscheiben 40 gebildet.
Dabei ist am Außenumfang
des radial inneren Teils 40' im
Bereich der Führungsnut 48 einer
jeweiligen stationären
Stirnscheibe 40 eine umlaufende Nut 52 vorgesehen,
in der eine als O-Ring ausgeführte
Dichtung 46 aufgenommen ist. Diese Dichtung 46 wirkt
mit der radial innenliegenden Seite des betreffenden Mantelrandes 38 zusammen.
Axial außerhalb
des flexiblen Mantels 32 ist eine weitere, beispielsweise
wieder als O-Dichtung ausgeführte
Dichtung 46' zwischen
den beiden Teilen 40', 40'' einer jeweiligen stationären Stirnscheibe 40 vorgesehen.
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Auch
diese weitere Dichtung 46' ist
wieder in einer Umfangsnut 52' des radial inneren Teils 40 der jeweiligen
stationären
Stirnscheibe 40 angeordnet. Die Dichtung 46' wirkt anders
als die Dichtung 46 jedoch nicht mit dem Mantelrand 48,
sondern mit der Innenumfangsfläche
des radial äußeren Teils 40'' der jeweiligen stationären Stirnscheibe 40 zusammen.
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Wie
anhand der 2 zu erkennen
ist, ist der in der Führungsnut 48 aufgenommene
Mantelrand 38 im Vergleich zu der restlichen Randzone 54 des
flexiblen Walzenmantels 32 dicker ausgeführt.
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Im
Bereich des verlängerten
Pressnips 34 besitzt die Führungsnut 48 einer
jeweiligen stationären
Stirnscheibe 40 einen zumindest im Wesentlichen der Kontur
der der Materialbahn zugewandten Pressfläche 42 des Pressschuhs 30 entsprechenden Verlauf.
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Da
im vorliegenden Fall das Gegenelement 36 durch eine Gegenwalze
gebildet und die an die Kontur dieser Gegenwalze angepasste Kontur
der Pressfläche 42 entsprechend
konkav ist, besitzt die Führungsnut 48 im vorliegenden
Fall im Bereich des verlängerten
Pressnips 34 ebenfalls einen konkaven Verlauf.
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Der
durch den Walzenmantel 32 und die stationären Stirnscheiben 40 begrenzte
Walzeninnenraum ist zweckmäßigerweise
mit einem Betriebsinnendruck beaufschlagbar.
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Zumindest
der Bereich zwischen Pressschuh 30 und Walzenmantel 32 ist
insbesondere hydrodynamisch und/oder hydrostatisch geschmiert. Als
Schmiermittel kann insbesondere Öl
vorgesehen sein.
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Die
Randzonen 54 des Walzenmantels 32 sind zweckmäßigerweise
härter
als dessen Mittelzone 56 ausgeführt. Besteht der Walzenmantel 32 beispielsweise
aus Polyurethan, so können
die Randzonen 54 aus einem härteren Polyurethan als dessen Mittelzone 56 bestehen.
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Zudem
können
die Randzonen 54 des Walzenmantels 32 einen höheren E-Modul als dessen Mittelzone 56 aufweisen.
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Die
Randzonen 54 des Walzenmantels 32 können zumindest
an der Oberfläche
z.B. abriebfeste Partikel, gut wärmeleitende
Partikel und/oder Partikel mit reduzierendem Reibwert enthalten.
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Die
Randzonen 54 des Walzenmantels 32 können auch
aus anderem Material und beispielsweise zumindest teilweise aus
dünnem
Metall, CFK, GFK und/oder dergleichen bestehen.
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Die
Mittelzone 56 des Walzenmantels 32 kann quer zur
Bahnlaufrichtung L betrachtet breiter als der Pressschuh 30 sein.
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Die
Mittelzone 56 des Walzenmantels 32 kann quer zur
Bahnlaufrichtung L betrachtet insbesondere breiter als das beispielsweise
durch eine Gegenwalze gebildete Gegenelement 36 sein.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Schuhwalze 28 gemäß 2 in einer schematischen
Stirnansicht. Wie sich aus dieser 3 ergibt,
ist ein jeweiliger Rand 38 des flexiblen Walzenmantels 32 im Bereich
des in Bahnlaufrichtung L verlängerten Pressnips 34 entsprechend
der hier zum Beispiel konkaven Kontur der Pressfläche 42 des
Pressschuhs 30 zwangsgeführt. Die entsprechende Zwangsführung wird
durch die entsprechenden Führungsnuten 48 (vgl. 2) der stationären Stirnscheiben 40 bewirkt.
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4 zeigt in einer mit der 2 vergleichbaren schematischen
Längsschnittdarstellung
einen Teil einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schuhwalze 28.
Im vorliegenden Fall ist die jeweilige zusätzliche Dichtung 46 dem
jeweiligen Mantelrand 38 bzw. der betreffenden Randzone 54 zugeordnet,
wobei sie mit dieser Randzone 54 umläuft.
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Wie
anhand der 4 zu erkennen
ist, ist die insbesondere wieder als O-Ring ausgeführte Dichtung 46 auf
dem Außenumfang
der Randzone 54 angeordnet und in einer umlaufenden Nut 52 am
Innenumfang des radial äußeren Teils 40'' der die beiden Teile 40', 40'' umfassenden stationären Stirnscheibe 40 aufgenommen.
Die mit dem flexiblen Walzenmantel 32 umlaufende zusätzliche
Dichtung 46 wirkt im vorliegenden Fall in der dargestellten
Weise also mit dem Boden der am Teil 40'' der
stationären
Stirnscheibe 40 vorgesehenen umlaufenden Nut 52 zusammen.
Wie anhand der 4 zu
erkennen ist, kann die Dichtung 46 hierbei mit mehreren
Rippen 58 oder dergleichen versehen sein.
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Im Übrigen kann
die vorliegende Ausführungsform
zumindest im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in den 2 und 3 gezeigte Ausführung besitzen, wobei einander
entsprechenden Teilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind.
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- 10
- Schuhwalze
- 12
- Stirnscheibe
- 14
- flexibler
Walzenmantel
- 16
- Pressschuh
- 18
- Stützelement
- 20
- Träger
- 22
- Pressnip
- 24
- Gegenelement,
Gegenwalze
- 26
- Pressfläche
- 28
- Schuhwalze
- 30
- Pressschuh
- 32
- flexibler
Walzenmantel
- 34
- verlängerter
Pressnip
- 36
- Gegenelement,
Gegenwalze
- 38
- Mantelrand
- 40
- stationäre Stirnscheibe
- 40'
- Teil
- 40''
- Teil
- 42
- Pressfläche
- 44
- Lagerfläche
- 46
- Dichtung
- 48
- Führungsnut
- 50
- Schraube
- 52
- Umfangsnut
- 52'
- Umfangsnut
- 54
- Randzone
- 56
- Mittelzone
- 58
- Rippe
- L
- Bahnlaufrichtung