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Walze Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze mit einer hohlen Achse,
einer Anzahl von mittels Lagern drehbar auf der Achse angeordneten Hülsen sowie
einer auf diesen Hülsen vorgesehenen, gemeinsam mit ihnen drehbaren äußeren Hülle,
wobei die Achse durch eine in der vertikalen Mittellängsebene unterhalb der geometrischen
Achsmitte auf die Enden der Achse wirkende Druckkraft vorgespannt ist, die ein Kompensationsbiegemoment
erzeugt, welches eine solche Durchbiegung der Achse nach oben hin bewirkt, da.ß
die Achse bei Betriebsmäßiger Belastung eine etwa .geradlinige Form annimmt, gemäß
DBP ... (Anmeldung P 14 25 060.3 vom 12.6.1962).
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Walzen, die zur Abstützung bewegter Materialbahnen dienen, müssen
in vielen Fällen im Betrieb eine möglichst geradlinige Form beibehalten. Einderartiger
Fall liegt beispielsweise bei Walzen von Fourdriner-Papiermaschinen vor; bei denen
die auf einem Metallgewebe transportierte Papiermasse über die ganze Breite absolut
waagerecht liegen muß.
Mit Rücksicht auf das Gewicht der
Last sowie das Walzeneigengewicht unterliegen derartige Walzen im Betrieb unvermeidlich
einer gewissen Durchbiegung. Man kann zwar versuchen, diese Durchbiegung durch Wahl
eines großen Walzendurchmessers zu verringern; die Herstellungskosten und der Raumbedarf
vergrößern sich hierdurch jedoch beträchtlich.
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Gegenstand der Hauptanmeldung ist nun eine Walze, bei der zum Ausgleich
der durch die Last, durch das Eigengewicht sowie durch Fertigungstoleranzen herrührenden
Durchbiegung eine Druckspannung in der vertikalen Mittellängsebene unterhalb der
geometrischen Mittelachse (d. h. exzentrisch) auf die feststehende Achse der Walze
ausgeübt wird, so daß sich ein Kompensationsbiegemoment in der Achse ergibt, durch
das die Walze bei betriebsmäßiger Belastung eine etwa geradlinige Form annimmt.
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Bei dem in der Hauptanmeldung zugrundegelegten Ausführungsbeispiel
ist die Walze mit zwei Hülsen und drei Lagern versehen, wobei das mittlere Lager
zur Abstützung beider Hülsen dient. Bei einer derartigen Ausführung ist die die
Mittelpunkte der Lager verbindende gekrümmte Linie durch drei Punkte bestimmt. Hierbei
läßt es sich ohne weiteres durch. ein entsprechendes Kompensationsbiegemoment erreichen,
daß diese drei Lagermittelpunkte auf einer Geraden liegen.
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Bei größerer Walzenlänge müssen jedoch mehr als zwei Hülsen und mehr
als drei Lager vorgesehen werden, da sich andernfalls die Durchbiegung der Hülsen
selbst zu stark bemerkbar macht. Bei einer solchen größeren Zahl von Hülsen
und
Lagern bereitet es mit der in der Hauptanneldung« vorgesehenen Ausführung gewisse
Schwierigkeiten, die gewünschte geradllni&e Form-der Walze zu erzielen, zumal
die Mittelpunkte der einzelnen Lager schon wegen unvermeidlicher Herstellungstoleranzen
nicht genau in einer gemeinsamen Krümmungseüene liegen.
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Der Lrfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Walze gemäß-der
Hauptanmeldung dähin weiterzuentwickeln, daß auch bei einer größeren Zahl von Hülsen
und Lagern eine- einwandfreie Ausrichtung der Walze in geradlinige Form (zur Kompensation
der Beanspruchung durch die Last und das Eigengewicht sowie zum Ausgleich von Fertigungstoleranzear)
möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung
der auf die Achse wirkenden Druckspannung wenigstens zwei unabhängig voneinander
spannbare Elemente vorgesehen sind, durch die das auf verschiedene Teile der
Achse ausgeübte,Kompensationsbiegemoment gesondert einsteilbar ist.
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Diese und zahlreiche weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der
folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele
hervor. Es zeigent Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfizhrungsbeispfel
der erfindungsgemäßen Walze; : Fig: 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel;
Fig.
3 einen Horizontalschnitt durch die Achse der Walze gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine Stirnansicht
der Walzenachse gemäß Fig. 2 (von rechts;.
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Fig. 5 eine Stirriansicht der Walzenachse gemäß Fig. 2 (von links
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Achse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung; Fig. 7 einen Teilschnttt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel;
Fig. $ einen Längsschnitt durch eine Walze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Walze dargestellt, wobei die nach oben konvexe Krümmung, die nach Einstellung der
Walze und Entfernung der Last auftritt, übertrieben veranschaulicht ist. Die Achse
12 enthält einen rohrförmigen Zylinder gleichmäßiger Wandstärke und enthält zweckmäßig
keine Unterbrechungen in Längsrichtungen. Diese Ausbildung der Achse ergibt bei
gegebenem Durchmesser und Gewicht eine maximale Steifigkeit gegenüber Durchbiegungen
bei Laständerungen. Die Masse der Achse ist von erheblicher Bedeutung im Hinbli,pk
auf die Tatsache, daß die Walze üblicherweise oberhalb einer kritischen Drehzahl
betrieben wird und bei dieser Drehzahl mehr die Masse als die Steifigkeit die Vibrationsamplitude
der Walze begrenzt. Im Hinblick auf die hohe
Arbeitsdrehzahl sowie
mit Rücksicht auf die große Länge derartiger Walzen müssen sie dynamisch gut ausgewuchtet
sein. Die Durchbiegung einer derartigen Walze wird einerseits durch ihr Eigengewicht
und andererseits durch das Gewicht der von der Walze getragenen Last bewirkt. Bei
den bisher üblichen Herstellungsverfahren bleiben ferner einige Restkrümmungen in
Längsrichtung in der Achse vorhanden. Um diese Krümmungen in Längsrichtung auszuschließen,
werden erfindungsgemäß verschiedene voneinander getrennte Teile der Achse nach oben:
gebogen, und zwar parallel zu einer gemeinsamen Ebene und jeder Teil mit einer gesondert
einstellbaren Längskrümmung. Die Achse ist in ihren Lagern so orientiert, daß die
Krümmungsebene parallel zur resultierenden, nach unten gerichteten Kraft liegt,
die die Walze in Querrichtung durchzubiegen sucht. Die resultierende Kraft enthält
die kumulativen Komponenten des Gewichts der Achse selbst und der dynamischen und
statischen Last der von der Walze getragenen Materialbahn. In der Krümmungsebene
weist die konvexe Seite der gebogenen Walze wie in der Zeichnung veranschaulicht
nach oben. Die lokalen Krümmungen sind so einzustellen, daß die von den lokalen
resultierenden Kräften hervorgerufenen elastischen Durchbiegungen der- einzelnen
Walzenteile gerade dazu führen, daß die Walze im Betrieb eine vollkommen gerade
und in Längsrichtung nicht gekrümmte Form annimmt. Bei dem in Flg. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel enthält die Achse 12 drei Hülsen, nämlich zwei Endhülsen 18
und eine zentrale Hülse 14; diese Hülsen sind hintereinander angeordnet. Jede Hülse
ist drehbar auf zweiKugella.gern 161, 162, 163 und 164 gelagert; die
beiden mittleren
Lager tragen daher je zwei benachbarte Hülsen.
Über die drei Hülsen 14 und 18 greift eine vorzugsweise aus korrosionsfestem , hartem
und leicht federndem Material, wie Fiberglas oder Hartgummi hergestellte äußere
Hülle 24, die mit den genannten Hülsen 14 und 18 gemeinsam um die Achse 12 drehbar
äst. Mit den beiden äußersten Hülsen 18 ist je eine ringförmige Platte 26 durch
geeignete, nicht dargestellte Mittel verbunden; gewünschtenfalls kann ferner eine
wasserdichte, rotierende Dichtung auf der Achse 12 vorgesehen werden, die
die im Innern der Walze vor-
handenen Lager schützt. Die beiden
Enden der Achse 12 greifen durch hugelschalenförmIge Lagerelemente 28 hindurch,
die in Lagerkörpern 30, die auf einer festen Basis 32 sitzen, eine Kippbewegung
ausführen können. Wenn sich der mittlere Bereich der Walze im nicht belasteten Zustand
nach oben durchbiegt, wie dies in Fig. 1 in übertriebenem Maße veranschaulicht ist,
so führen die Lagerelemente 28 eine entsprechende Kippbewegung aus, so daß Enden
der Achse 12 leicht nach unten weisen. Die in Fig. l dargestellte Walzendurchbiegung
nach oben ist jedoch sehr gering und wird durch die-erfindungsgemäßen einstellbaren
Einrichtungen im praktischen Betrieb der Walze unter Belastung aufgehoben. Man kann
daher statt der in Fig. 1 dargestellten kugelschalenförmigen Lagerelemente 28 auch
rein zylindrische Lagerelemente verwenden. Durch die Achse 12 ist in Längsrichtung
eine Zugstange 34 hindurchgeführt, die an ihren Enden 36 mit Gewinde versehen ist.
In die beiden Enden der Achse 12 greifen Anschlagplatten 37 ein, die mit
Durchbrächen zum Durchgriff der Zugstange 34 versehen sind. Diese Durch-
Brüche
sind exzentrisch in den Anschlagplatten 37 angeordnet' so daß die Zugstange
34 zwar parallel zur Walzenachse verläuftg jedoch in'vertikaler Richtung unterhalb
dieser Mittelachse liegt: Auf die beiden mit Gewinde versehenen Enden
36 der Zugstange 34 sind Muttern 40 aufgeschraubt, die sich an den Anschlagplatten
3'7 abstützen. Durch Anziehen dieser Muttern 40 wird die Zugstange 34 gespannt und
die Achse 12 unter eine exzentrisch angreifende, in Längsrichtung wirkende Druckbeanspruchung
gesetzt. Diese Druckkraft dient zur Beseitigung einer Längskrümmung der Walzea Die
bisher besQhriebene Ausbildung der Walze- entspricht der Anordnung gemäß der eingangs
genannten älteren Anmeldung. Dort erstreckt sich die Zugstange 34 frei und ohne
zusätzliche Abstützung zwischen den Anschlagplatten 37 an den Enden der Achse.
Bei einer Verwendung von mehr als drei Lagern wie bei der dargestellten AusfÜhrung,
ist es jedoch mit einer solchen Ausführung mit einer einzigen Einstellmöglichkeit)
nicht möglich' eitle vollständige Ausrichtung der Lager zu erzielen. Erfindungsgemäß
ist daher die Achse in eine Anzahl von gesonderten Teilen unterteilt, die je ein
oder zwei Lager tragen. Diese Achsenteile sind mit 1111fe von Zwischenanschlagplatten
voneinander getrennt, die mit axialem Abstand zwischen den, beideriEndanschlagplatten
3-7 liegen. Jede Zwischenanschlagplatte ist im Innern der rohrförmigen Achse befestigt
und dient zur Umsetzung der Zugspannung der zugehörigen Zugstange in ein Biegemoment,
das in erster Linie auf den zugehörigen Teil der Achse wirkt. Die auf die einzelnen
Achsenteile ausgeübte Zug-
Spannung wird so gewählt, daß die Lager
aller Achsenteile auf eine gemeinsame Bezugsachse ausgerichtet sind. Die Bezugsachse
kann man sich durch die Zentren der beiden äußeren Lager 161 und 164 gebildet denken.
Wenn dann das Lager 162 auf die Lager 161 und 164 ausgerichtet ist und andererseits
das Lager 163 unabhängig davon auf die Lager 161 und 164, so befinden sich alle
Lager in koaxialer Lage. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, bei dem vier
Lager und drei Hülsen 14, 18 Verwendung finden, ist zentral in der Achse- 12 eine
einzige Zwischenanschlagplatte 42 vorgesehen. Eine gemeinsame Zugstange 34 ist exzentrisch
durch diese Zwischenanschlagplatte 42 hindurchgeführt (und zwar;in Verlängerung
der in den Endanschlagplatten 37 vorgesehenen Durchbrüche). Die Zugstange 34 ist
durch Schweißnähte 46 mit der-Zwischenanschlagplatte 42 fest verbunden. Die Anschlagplatte
42 ist durch Lochschweißung 44 mit der Achse 12 verbunden. Auf diese Weise sind
die beiden Teile der Zugstange 34 spannungsmäßig voneinander unabhängig, so daß
durch die an beiden Enden vorgesehenen Muttern 40 unterschiedliche Zugspannungen
auf die beiden Teile der Zugstange ausgeübt werden können. Bei der praktischen Ausführung
werden die Zugstange 34 und die Zwischenanschlagplatte 42 vor ihrer Verbindung mit
der Achse 12miteinander verschweißt;. die Schweißverbindung 44 wird dann hergestellt,
nachdem zuvor in der Wand der Achse 12 eine Anzahl von Schweißlöchern in Umfangsrichtung
angebracht wurden.
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' Ehe die Endanschlagplatten 37 mit der Achse 12 verbunden werden,
wird letztere darauf geprüft, wo die Hauptebene der Längskrümmung (herrührend von
Fertigungstoleranzen) liegt. Diese Restkrümmungen beider Hälften der
Achse
12' liegen im allgemeinen in einer gemeinsamen Ebene, weisen vielfach ,jedoch unterschiedliche
Größe auf. Die Anschlagplatten 37 werden demgemäß so ausgerichtet, daß ihre zur
Hindurchführung der Zugstange 34 bestimmten Durchbrüche in der Ebene der Achsenrestkrümmung
lärmen. Dann wird die normale Belastung auf die Walze aufgebracht und es werden
die Muttern 40 einzeln so weit angezogen, bis die Hülsen in der vertikalen Ebene
axial aufeinander ausgerichtet sind. Die Zentren der Lager 161 und 164 können als
Bestimmungspunkte einer geometrischen Bezugsachse betrachtet werden, auf die die
Lager 162 und 163 einzeln ausgerichtet werden: Um dies zu erreichen, müssen im allgemeinen
die beiden Teile der Zugstange 34-unter verschiedene Zugspannung gesetzt,werdenä
Wird die Arbeitsbelastung der Walze- aus irgendwelchen Gründen geändert, so werden
zweckmäßig die Zugspannungen neu derart eingestellt, date die Achse wiederum eine
gerade Form einnimmt. Wird nach Einstellung die normale Belastung entfernt, so nimmt
die Walze eine leicht nach oben durchgebogene Form an, wie dies in Fig. 1 übertrieben
veranschaulicht ist. Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel,-
bei dem vier Hülsen und fünf Lager vorgesehen sind, so daß demgemäß die Achse 12
in. drei voneinander getrennte Teile (.mit dreifacher Einstellmöglichkeit) unterteilt
ist. Zwei Zwischenanschlagplatten 48 und 50 sind in Längsrichtung mit Abstand in
der Achse 12 angeordnet und mit ihr verschweißt. Der zwischen: diesen beiden Anschlagplatten
118 und 50 liegende zentrale Teil der Achse 12 wird durch eine verlängerte
Zugstange 5z. einer Druckbeanspruchung unterworfen.- Diese Zugstange 52 stützt sich
am einen Ende mit einem Kopf 54 an der Zwischenanschlägplatte 48 an.
Die
Zugstange 52 greift frei durch die Anschlagplatte 5.0 hindurch und ist mittels
einer Mutter 40 gegen die eine Endanschlagplatte 37 verspannt. Die Zugstange 52
liegt in der vertikalen Axialebene im rechten Teil der Walze. Die beiden äußeren
Walzenteile sind mit je zwei Zugstangen 56 und. 58 versehen, die symmetrisch
zu beiden Seiten der vertikalen Axialebene liegen. Die Zugstangen 56 liegen mit
Köpfen 60 an der Zwischenanschlagplatte 48 an und sind mittels Muttern 40-gegenüber
der linken Endanschlagplatte 37 verspannt. Die Zugstangen 58 liegen in entsprechender
Weise mit ihren Köpfen 62 an der Zwischenanschlagplatte 50 an und sind mittels Muttern
40 gegenüber der rechten Endanschlagplatte 37 verspannt. Durch die kumulative Wirkung
der beiden Zugstangen jedes Zugstangenpaares wird der entsprechende Teil der Achse
einer Druckbeanspruchung in der vertikalen Längsebene unterworfen. In der horizontalen
Axialebene wirken die von den beiden Zugstangen eines Paares ausgeübten Druckbeanspruchungen
dagegen einander entgegen. Man kann daher diese Stangen eines Paares nicht nur so
einstellen, daß sie den zugehörigen Achsenteil in der vertikalen Mittelebene gerade
ausrichten, sondern man kann mit den beiden Zugstangen eines Paares zugleich auch
eine etwa vorhandene Restkrümmung in der horizontalen Ebene korrigieren. Bei dem
in Fig. 6 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel wird auf einen Endteil der
Achse Zugspannung durch ein Rohr 66 ausgeübt, in dem eine Zugstange 78 frei gefiärt
ist. Das Röhr 66 liegt mit einem Kopf 68 an einer Zwischenanschlagplatte 70 an und
greift frei durch einen Durchbruch 72 in einer Endanschlagplatte 74 hindurch; auf
das nach
außen ragende Ende des Rohres 66 ist eine Mutter 76 aufgeschraubt,
die sich an der Endanschlägplatte 74 abstützt. Die durch das Rohr 66 hindurchgeführte
Zugstange 78 greift weiter durch einen mittlerem Teil der Achse 12 hindurch
und stützt sich mit einem Kopf 82 an einer weiteren Zwischenanschlagplatte $O ab.
Auf das andere Ende der Zugstange 78 ist eine Mutter 84 aufgeschraubt, die sch über
eine Beilagscheibe 86 am Rohr 66 abstützt. Man kann auf diese 'Leise- zwei
Zugelemente teleskopartig auf
eine gemeinsame geometrische Achse ausrichten.
Dabei besteht selbstverständlich die Möglichkeit, zusätzliche rohrförmige Zugorgane
koaxial zum Rohr 66 anzuordnen, um erforderlichenfalls weitere Teile der Achse gesondert
zu verspannen. Es sei hervorgehoben, daß die ganze Spannung der Zug-stangen 52
und 56 gemäß Fig. 2 bzwdie ganze Zugspannung
der Zugstange 78 und
des Rohres 66 gemäß Fig. 6 auf den rechten Endteil der Achse wirkt. Das
größte Biegemoment
wird jedoch im mittleren Teil der Achse benötigt. Diese Schwierigkeit
läßt sich in der Weise lösen, daß der mitt-lere Teil der Achse
permanent mit einer nach.oben gerich-
teten Krümmung verformt ("vorgebogen")
wird, so daß dieser Teil der Achse ein geringeres Biegemoment als
die Endteile benötigt. Eine andere Lösung besteht darin, daß das Rohr gemäß Fig.
7 als Druckglied benutzt wird. Das Druckrohr 90 hebt: hier teilweise das
Biegemoment wieder auf, das durch die Zugstange 78 auf .den äußersten Teil der Achse
ausgeübtwird. Das Druckrohr 90 liegt einerseits an der Zwischenanschlagplatte 70
an und ist andererseits in die Endanschlagplatte 74 eingeschraubt;, zur Einstellung
der Druckbeanspruchung
dient ein nach außen vorstehender Kopf
92 des Druckrohres 90. Die Spannmutter 84 der Zugstange 78 stützt sich direkt auf
diesem Kopf 92 ab. Das Biegemoment, das- auf den zwischen den Anschlagplatten-70
und 74 liegenden äußeren Teil der Achse ausgeübt wird, ist eine Funktion der Differenz
zwischen den Spannungen der Zugstange 78 und des Druckrohres 90; das auf einem Zwischenteil
der Achse durch die Zugstange 78 ausgeübte Biegemoment ist dagegen lediglich eine
Funktion der Spannung in der Zugstange 78. Auf' diese Weise erhält man das im mittleren
Teil der Achse benötigte größere Diegemoment, ohne daß dieser mittlere Teil permanent
verformt werden muß. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. B. Fiier greifen.
zwei Zugstangen 102 und 104 über die ganze Länge der Achse 12. Jede dieser
beiden Zugstangen greift frei durch einen Durchbruch 108 in einer der Zwischenanschlagplatten
96 bis 98 hindurch und ist in geeigneter Weise, beispielsweise durch Verechweißung
106, mit der jeweils anderen Zwischenanschlagplatte verbunden. Jede Stange ist auf
diese kreise in zwei Teilstangen unterteilt, die ein voneinander unabhängiges Biefremornerlt
auf diejenigen beiden Teile der Achse ausihen, die durch die betreffende Zwischenplatte,
mit der die betrachtete: Zugstange verbunden ist, unterteilt -werdest. Die Stangen
102 und 104 sind parallel zii einer etwa vertikal verlaufenden Axialebene angeordnet,
jedocrt in der darpesteliten Weise gegentiter der Achse geneigt, so daP, sich eine
einstellbare Gitterstruktur erfz-il;t. Eei dieser Ausfi_ihrung beeinflul: t diepannung
in jeder Bugstange die Durchbiegung von jedem Teil der Achse, ;in größeres Biegemoment
läßt sich auf den mittleren Teil der Achse dadurch ausüben, daß diejenigen Teile
jeder Stande geringer gespannt werden, die
sich direkt von einer
Eidanschlagplatte zu einem Schweißpunkt an einer benachbarten Zwischenanschlagplatte
erstrecken, während der längere Abschnitt jeder Zugstange, der sich durch -- einen
Durchbruch einer Zwischenanschlagplatte hindurch erstreckt, mehr gespannt wird.
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Prinzip auch auf Walzen mit einer größeren
Anzahl von Hülsen als in der Zeichnung dargestellt. anwendbar ist. Für n Lager oder
Abstützstellen sind wenigstens n - 2 Zug- bzw. Druckorgane erforderlich, um unabhängig
voneinander die Durchbiegun; der Achse-2 den einzelnen Teilen einzustellen.. Vorzugsweise
wird jede Hi11se an zwei Stellen durch Lager getragen; von denen eines oder beide
gemeinsam für zwei axial benachbarte Hülsen dienen, so daß man für ri - 1 Hülsen
ia.Lager benötigt;. Es besteht ferner, wie in den Fig.
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1. -und B. dargestellt, die Möglichkeit, mit Hilfe einer einzigen,
einstückig ausgebildeten Zugstange zwei in ihrer Zugspannung-gesondert einstellbare
Teile zu verwirklichen. Das erfindungsgemäße Prinzip läßt sich ferner auch bei solchen
Walzen anwenden, bei. denen keine Hülsen und Lagervorgesehen sind, sondern bei denen-die
rotierende äußere Hülle unmittelbar auf einem Strömungslager rotiert: