DE19704146C2

DE19704146C2 - Biegeeinstellwalze

Info

Publication number: DE19704146C2
Application number: DE19704146A
Authority: DE
Inventors: Hans-Rolf Conrad
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: DE19704146A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Biegeeinstellwalze mit einem um einen Träger rotierbar angeordneten flexiblen Walzenmantel, der mittels mehrerer in Axialrichtung des Walzenmantels an einandergrenzender hydrodynamisch und/oder hydrostatisch geschmierter Stützelemente auf dem Träger gelagert ist, wo bei die Stützelemente gegen den Innenumfang des Walzenman tels in einer Preßrichtung anpreßbar sind, sowie mit einer die einzeln ansteuerbaren Stützelemente beaufschlagenden Einrichtung zur Druckerzeugung.

Derartige Biegeeinstellwalzen werden meist zusammen mit ei ner Gegenwalze verwendet, so daß ein Preßspalt zwischen den Walzen entsteht. Im Preßspalt werden Materialien wie Pa pier-, Gewebe- oder Faserstoffbahnen gepreßt oder geglät tet. Ansteuerbare Stützelemente werden vor allem dort ein gesetzt, wo im Preßspalt Druckunterschiede in Axialrichtung der Biegeeinstellwalze ausgeglichen werden müssen. Dabei werden die Stützelemente in Richtung des Walzenmantels mit einer Kraft beaufschlagt. Zwischen den Stützelementen und dem Walzenmantel darf es jedoch nicht zur Materialreibung kommen. Um dies zu verhindern, führt man beispielsweise ein Fluid in Stütztaschen der Stützelemente ein, so daß zwi schen den Stützelementen und dem Walzenmantel Gleitlager entstehen.

Problematisch bei bekannten Biegeeinstellwalzen ist, daß die Stützelemente zum Aufbau eines ausreichenden hydrosta tischen Drucks in den Stütztaschen mit einem Druck von zu mindest 3 bis 5 bar beaufschlagt werden müssen, um einen hydrostatischen Ölfilm zwischen dem jeweiligen Stützelement und dem Walzenmantel aufrechtzuerhalten und damit unzuläs sige Materialreibung zu vermeiden. Dieser erforderliche Mindestdruck führt über die axiale Länge des jeweiligen Pressspaltes zu einer Minimalstreckenlast, die in bestimm ten Anwendungsfällen zu hoch ist.

Aus der DE 44 31 594 A1 ist bereits eine Biegeeinstellwalze der eingangs genannten Art bekannt, bei der die hydrosta tisch geschmierten Stützelemente getrennt ansteuerbar sind.

Aus der DE 295 12 747 U1 ist eine Durchbiegungseinstellwal ze mit mehreren in Axialrichtung des Walzenmantels aneinan der grenzenden hydrodynamisch und/oder hydrostatisch ge schmierten Stützelementen bekannt, bei der sich die Seiten begrenzungen der Stützflächen axial benachbarter Stützele mente in Umfangsrichtung überlappen.

In der DE 42 23 715 C2 ist eine Walze beschrieben, die mit zumindest einem annähernd feststehenden, den Walzenmantel gegenüber dem Träger abstützenden Wirkelement versehen ist, dessen Kopf eine radial nach außen gerichtete Fläche in Form eines Parallelogramms besitzt, wobei zwei Seitenflä chen des Wirkelementkopfes in axialer Richtung und die beiden anderen Seitenflächen schräg zur Umfangsrichtung der Walze verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Biegeein stellwalze der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die unter Gewährleistung des erforderlichen hydrostatischen Schmierfilms zwischen Stützelement und Walzenmantel das Arbeiten mit verringerten Minimalstreckenlasten zulässt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich die Stützflächen von Stützelementen, zwischen denen jeweils ein weiteres Stützelement gelegen ist, in Axial richtung des Walzenmantels in der Draufsicht überlappen, und daß die jeweils zwischen zwei sich derart überlappenden Stützelementen gelegenen Stützelemente individuell oder gruppenweise druckentlastbar sind.

Durch die Überlappung der Stützflächen von Stützelementen, zwischen denen jeweils ein weiteres Stützelement angeordnet ist, wird es möglich, die zwischen den sich noch überlap penden Stützelementen gelegenen Einzel-Stützelemente druck los zu machen, ohne daß dadurch störende Drucklöcher ent stehen würden. Die drucklosen Stützelemente liegen dabei nicht mehr am Walzenmantel an, da sie entweder aufgrund der Schwerkraft und/oder aufgrund von speziell vorgesehenen Rückstellmitteln vom Walzenmantel entfernt werden und damit keinesfalls eine störende Materialreibung zwischen diesen drucklosen Stützelementen und dem Walzenmantel auftreten kann. Selbst wenn jedes zweite Stützelement drucklos ge macht und vom Walzenmantel abgehoben werden würde, ergäbe sich noch eine drucklochfreie Walzenmantelabstützung und damit eine funktionstüchtige Biegeeinstellwalze, d. h. eine Biegeeinstellwalze bei der die Minimalstreckenlast im Ver gleich zu der Beaufschlagung aller Stützelemente auf die Hälfte reduziert ist. Dies stellt einen für die Praxis we sentlichen Vorteil dar, der die Einsatzmöglichkeiten der Biegeeinstellwalze wesentlich erweitert.

Die Stützflächen der Stützelemente weisen bevorzugt Paral lelogrammform auf, wobei schräg verlaufende Begrenzungskan ten der Stützflächen, welche sich zwischen achsparallelen Begrenzungskanten erstrecken, mit der Axialrichtung einen spitzen Winkel α einschließen. Der Neigungswinkel α zwi schen den Begrenzungskanten der Stützflächen muß dabei so gewählt werden, daß eine Ecke der Stützfläche eines Stütze lements sich in Axialrichtung des Walzenmantels mit einer Ecke der Stützfläche des jeweils übernächsten Stützelemen tes überlagert. Durch die Parallelogrammform können alle aneinandergrenzenden Stützelemente dieselbe Stützflächen form aufweisen.

Das Ausmaß der Überlappung zwischen den Stützflächen der Stützelemente bzw. des jeweils nächsten und übernächsten Stützelements läßt sich durch Vorgabe des Neigungswinkels α einstellen, der zwischen den achsparallelen und schrägen Begrenzungskanten der parallelogrammartigen Stützflächen gebildet wird. Je spitzer der Winkel α, umso größer wird, bei gleicher Begrenzungskantenlänge der Stützfläche die Überlappung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Rück stellmittel eine zwischen dem Träger und dem Stützelement angeordnete Rückzugsfeder auf. Durch die Rückzugsfeder ist das Stützelement vom Walzenmantel zur Zentralachse der Bie geeinstellwalze hin wegziehbar. Da die Rückstellkraft der Rückzugsfeder von der Federauslenkung abhängt, ist die Rückstellkraft am größten, wenn das Stützelement nahe an der Innenseite des Walzenmantels gelegen ist. Bevorzugt wird die Rückstellkraft so gewählt, daß sie im Bereich des Walzenmantels der Gewichtskraft eines Stützelementes ent spricht.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen die Rückstellmittel einen an eine Druckquelle angeschlossenen Rückstellmitteldruckraum auf, der auf einen das jeweilige Stützelement betätigenden Kolben entgegen der Preßrichtung mit einer Rückstellkraft einwirkt. Dieser Rückstellmittel druckraum ist bevorzugt ein durch einen Stufenkolben in ei nem Druckraum ausgebildeter Ringraum. Dieser Ringraum ist vorteilhaft in einem Bereich des Trägers angeordnet, der einen Stützelementschaft des Stützelements umgreift. Der Stufenkolben unterteilt den Druckraum in Ring- und Zylin derraum. Auf der dem Ringraum gegenüberliegenden Seite ist am Stufenkolben der Zylinderraum angeordnet, der mit der Einrichtung zur Druckerzeugung durch eine Druckleitung ver bunden ist, um das Stützelement gegen den Walzenmantel an zupressen. Je nach den Druckverhältnissen im Ring- bzw. Zy linderraum ist deswegen das Stützelement in Preßrichtung zur Innenseite des Walzenmantels hin oder davon weg ver schiebbar.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist über das Fluid im Rückstellmitteldruckraum eine konstante, gegen die Preßrichtung wirkende Kraft am Stützelement er zeugbar. Dabei hängt vorteilhafterweise, bei konstantem Druck im Ringraum, die Rückstellkraft entgegen der Preß richtung nicht von der Auslenkung des Stützelementes ab. Der durch das Fluid im Ringraum ausgeübte konstante Druck kann beispielsweise 10 bar betragen. Die Anpreßkraft des Stützelements gegen den Walzenmantel kann somit bei kon stantem Druck im Ringraum durch die dem Stützelement zuge ordnete Einrichtung zur Druckerzeugung gesteuert werden, wobei bei entsprechender Einstellung der Druckdifferenzen das Stützelement auch vom Walzenmantel abgehoben und in ei ne Ruhelage verschoben werden kann.

Die Anpressung des Stützelements an den Walzenmantel muß dabei gegen die Wirkung des Drucks im Ringraum erfolgen, was vor allem dann von Vorteil ist, wenn in der Druckmit telleitung zum Ansteuern des jeweiligen Stützelements Ven tile zum Einsatz kommen, die bei niedrigeren Drücken nicht exakt arbeiten, aber bei höheren Drücken die notwendige Ge nauigkeit gewährleisten.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher be schrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,

Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Bie geeinstellwalze gemäß einem ersten Ausführungs beispiel,

Fig. 2 eine Ansicht der Stützflächen dreier benachbarter Stützelemente gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Biegeeinstellwalze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die Biegeeinstellwalze 1 weist einen Walzenmantel 2 auf, der bezüglich eines Trägers 3 drehbar gelagert ist. Zur Ab stützung des Walzenmantels 2 im Preßspaltbereich und zur Einstellung des jeweils erforderlichen Druckprofils im Preßspalt sind Stützelemente 4 in Axialrichtung der Biege einstellwalze 1 nebeneinander angeordnet. Die Stützelemente 4 bestehen aus einem Stützelementkopf 5 und einem Stützele mentschaft 6. Die Stützelemente 4 sind in einer vom Träger 3 in Richtung des Walzenmantels 2 zeigenden Preßrichtung 7 verschiebbar. Im vorliegenden Beispiel werden die Stützele mente 4 in Richtung eines von einer Gegenwalze mit der Bie geeinstellwalze 1 gebildeten Preßspalts verschoben.

Eine zur Preßrichtung 7 senkrecht stehende Querschnittsflä che durch den Stützelementkopf 5 besitzt einen größeren Flächeninhalt als die Querschnittsfläche senkrecht zur Preßrichtung 7 durch den Stützelementschaft 6. Der Stütz elementkopf 5 bildet mit seiner Stützfläche 8 zusammen mit dem Innenumfang des Walzenmantels 2 einen Gleitlagerspalt, wobei in den Stützflächen 8 hydrostatische Taschen 12 aus gebildet sind, die mit Schmierfluid gespeist sind, um im Betrieb zu verhindern, daß zwischen dem Stützelementkopf 5 und dem Walzenmantel 2 eine unzulässige mechanische Reibung entsteht. Das Schmierfluid wird über im Stützelement 4 an geordnete Druckleitungen 13 aus einem an einer Seite des Stützelements 4 angeordneten Zylinderraum 14 zugeführt. Das Schmierfluid ist überlicherweise ein Öl.

Der Stützelementschaft 6 ist passend mit dem Zylinderraum 14 als Kolben 15 ausgebildet, so daß das Stützelement 4 im Zylinderraum 14 in und gegen die Preßrichtung 7 verschieb bar ist. Der Zylinderraum 14 ist über eine Druckleitung 16 mit einer Einrichtung zur Druckerzeugung 17 verbunden.

Als Rückstellmittel sind zwischen einem Umfangsbereich des Stützelementkopfes 6 und dem Träger 3 der Biegeeinstellwal ze 1 Federn 18 angeordnet. Die Federn 18 sind derart vorge spannt, daß das Stützelement 4 entgegen der Preßrichtung 7 mit einer Rückstellkraft zurückgezogen wird, die in etwa der Gewichtskraft eines Stützelements 4 entspricht.

Für eine ausreichende Funktion des Gleitlagers muß am Gleitlagerspalt 11 ein Mindestdruck von 3 bis 5 bar zur Verfügung stehen, um eine nicht zulässige Materialreibung zu vermeiden. Um diesen Mindestdruck aufrecht erhalten zu können, muß im Zylinderraum 14 ebenfalls ein entsprechender Mindestdruck herrschen, der im dargestellten Ausführungs beispiel so zu wählen ist, daß die Wirkung der vorgesehenen Rückstellfedern 18 die erforderliche Abstützung nicht be einträchtigt.

In Fig. 2 sind beispielsweise drei Stützelemente 4, 4', 4" aus einer Mehrzahl von in Axialrichtung der Walze angeord neten Stützelementen dargestellt. Die Stützflächen 8, 8', 8" weisen je zwei schräg verlaufende Begrenzungskanten 9, 9', 9" und je zwei achsparallele Begrenzungskanten 10, 10', 10" auf. In jeder Stützfläche 8, 8', 8" sind vier hydrosta tische Taschen 12 vorgesehen. Die Stützelemente 4, 4', 4" sind in Axialrichtung 19 eng benachbart angeordnet. Durch die Anordnung und Ausgestaltung der Stützflächen 8, 8' und 8" kommt es in der Draufsicht betrachtet zu einer Überlap pung des Stützelements 4 mit dem Stützelement 4", und diese Überlappung erstreckt sich über einen Axialstreckenab schnitt c.

Zu einer Überlappung zwischen einem Stützelement und einem übernächsten Stützelement kommt es dann, wenn ein zwischen einer schräg verlaufenden Begrenzungskante 9, 9', 9" einer Stützfläche 8, 8', 8" und der Axialrichtung 19 gebildeter Winkel α kleiner als Tangens b/a ist, wobei b die Ausdeh nung der Stützfläche 8, 8', 8" senkrecht zur Axialrichtung 19 der Biegeeinstellwalze 1 und a die Seitenlänge der achsparallelen Begrenzungskante 10, 10', 10" ist.

Durch die beschriebene Überlappung von Stützelementen, zwi schen denen sich jeweils ein weiteres Stützelement befin det, d. h. im Ausführungsbeispiel durch die Überlappung der Stützelemente 4 und 4" wird erreicht, daß auch dann, wenn das zwischen diesen beiden Stützelementen gelegene Stützelement, im Ausführungsbeispiel das Stützelement 4', durch Schwerkraftwirkung oder spezielle Rückzugsmittel vom Innen umfang des Walzenmantels zurückgezogen wird, kein sogenann tes Druckloch entsteht, da durch die Überlappung weiterhin eine ununterbrochene Mantelabstützung gewährleistet ist.

Bei einer Reihung vieler eng benachbarter Stützelemente 4, 4', 4" kann jedes zweites Stützelement 4' entgegen der Preßrichtung 7 vom Innenumfang des Walzenmantels 2 abgeho ben sein, ohne daß Drucklöcher entstehen. Die Minimalstrec kenlast läßt sich so um etwa die Hälfte reduzieren.

Nach Fig. 3 sind zwischen dem Träger 23 und dem Walzenman tel 2 der Biegeeinstellwalze wiederum mehrere Stützelemente angeordnet, wobei ein Stützelement 24 gezeigt ist. Das Stützelement 24 weist einen Stützelementkopf 26 und einen Stützelementschaft 27 auf. Auf der von der Preßrichtung 28 abgewandten Seite des Stützelementschaftes 27 ist ein Ab satz 29 eines Stufenkolbens 32 ausgebildet. Der Druckraum 31 wird durch den Stufenkolben 32 in einen Zylinderraum 33 und einen Ringraum 34 geteilt. Der Zylinderraum 33 ist mit einer Einrichtung zur Druckerzeugung 36 zum Verschieben des Stützelements 24 in Preßrichtung 28 verbunden. Der Ringraum 34 wird im Druckraum 31 durch den Stützelementschaft 27 und den Stufenkolben 32 abgegrenzt. Der Ringraum 34 wird über eine separate Druckleitung 37 mit einem Druckmittel, bei spielsweise Öl, versorgt. Liegt im Ringraum 34 ein bestimm ter Druck an, so resultiert daraus eine von der Auslenkung des Stützelementes 24 unabhängige Rückstellkraft am Stütze lement 24 entgegen der Preßrichtung 28.

Über nicht dargestellte Steuerventile können bestimmte Stützelemente 24 in einer axial benachbarten Reihe von Stützelementen 24 angesteuert werden und so vom Innenumfang des Walzenmantels 22 in eine Ruhelage zurückgezogen werden.

Im Ringraum 34 kann das Druckmittel aber auch unter einem vorbestimmten Druck anliegen, beispielsweise 10 bar, so daß ständig eine vorbestimmte Rückstellkraft am Stützelement 24 angreift. Dadurch kann im Zylinderraum 33 mit höheren Drüc ken gearbeitet werden. Folglich können Ventile, die bei niedrigen Drücken nicht exakt arbeiten, in einem optimalen Arbeitsbereich eingesetzt werden. Der erhöhte Druck läßt sich dann mit folgender Formel berechnen:

F_Kolben,neu = F_Kolben,alt + F_Ring × A_Kolben/A_Ring

Dabei sind:
F_Kolben,neu der im Zylinderraum 33 anwendbare erhöhte Druck,
F_Kolben,alt der Druck mit dem das Stützelement 24 ohne das Rückstellmittel an den Walzenmantel 22 angepreßt werden müßte,
F_Ring der im Ringraum 34 anliegende Druck,
A_Kolben die im Zylinderraum 33 wirksame Kolbenflä che,
A_Ring die im Ringraum 34 wirksame Kolbenfläche.

Bezugszeichenliste

1

Biegeeinstellwalze

2

Walzenmantel

3

Träger

4

,

4

',

4

" Stützelemente

5

Stützelementkopf

6

Stützelementschaft

7

Preßrichtung

8

,

8

',

8

" Stützfläche

9

,

9

',

9

" schräg verlaufende Begrenzungskanten

10

,

10

',

10

" achsparallele Begrenzungskanten

11

Gleitlagerspalt

12

hydrostatische Taschen

13

Druckleitung

14

Zylinderraum

15

Kolben

16

Druckleitung

17

Einrichtung zur Druckerzeugung

18

Rückzugfedern

19

Axialrichtung

20

21

Biegeeinstellwalze

22

Walzenmantel

23

Träger

24

Stützelement

25

26

Stützelementkopf

27

Stützelementschaft

28

Preßrichtung

29

Absatz

30

31

Druckraum

32

Kolben, Stufenkolben

33

Zylinderraum

34

Ringraum

35

36

Einrichtung zur Druckerzeugung

37

Druckkreislauf, Druckleitung
a Seitenlänge von

10

,

10

',

10

"
b Ausdehnung von

8

senkrecht zur Axialrichtung
c Axialstreckenabschnitt

Claims

1. Biegeeinstellwalze mit einem um einen Träger (3, 23) rotierbar angeordneten flexiblen Walzenmantel (2, 22), der mittels mehrerer in Axialrichtung des Walzenman tels (2, 22) aneinandergrenzender hydrodynamisch und/oder hydrostatisch geschmierter Stützelemente (4, 24) auf dem Träger (3, 23) gelagert ist, wobei die Stützelemente (4, 24) gegen den Innenumfang des Walzen mantels (2, 22) in einer Preßrichtung (7, 28) anpreß bar sind, sowie mit einer die einzeln ansteuerbaren Stützelemente (4, 24) beaufschlagenden Einrichtung zur Druckerzeugung (17, 36), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stützflächen (8, 8") von Stützelementen (4, 4"), zwischen denen jeweils ein weiteres Stützele ment (4') gelegen ist, in Axialrichtung des Walzenman tels (2, 22) in der Draufsicht überlappen, und daß die jeweils zwischen zwei sich derart überlappenden Stütz elementen (4, 4") gelegenen Stützelemente (4') indivi duell oder gruppenweise druckentlastbar sind.

2. Biegeeinstellwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zwischen zwei sich überlappenden Stüt zelementen (4, 4") gelegenen Stützelemente (4') durch Schwerkraftwirkung und/oder durch entgegen der Preß richtung (7) wirksame Rückstellmittel (18, 32, 34) vom Walzenmantel (2, 22) entfernbar sind.

3. Biegeeinstellwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen (8, 8', 8") der Stützelemente (4, 4', 4") Parallelogrammform aufweisen und daß schräg verlaufende Begrenzungskanten (9, 9', 9") der Stütz flächen (8, 8', 8"), welche sich zwischen achsparalle len Begrenzungskanten (10, 10', 10") erstrecken, mit der Axialrichtung (19) einen spitzen Winkel α ein schließen.

4. Biegeeinstellwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Überlappung durch Vorgabe des Nei gungswinkels α einstellbar ist.

5. Biegeeinstellwalze nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellmittel zwischen Träger (3) und Stütz element (4, 4', 4") angeordnete Rückzugfedern (18) sind.

6. Biegeeinstellwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft der Rückzugfedern (18) etwa der Gewichtskraft eines Stützelementes (4, 4', 4") ent spricht.

7. Biegeeinstellwalze nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellmittel einen an eine Druckquelle an geschlossenen Rückstellmitteldruckraum (34) aufweisen, der auf einen das jeweilige Stützelement (24) betäti genden Kolben (32) entgegen der Preßrichtung (28) einwirkt.

8. Biegeeinstellwalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellmitteldruckraum (34) ein durch einen Stufenkolben (32) im Druckraum (31) ausgebildeter Ringraum (34) ist.

9. Biegeeinstellwalze nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Fluid im Rückstellmitteldruckraum (34) eine konstante, gegen die Preßrichtung (28) wirkende Kraft am Stützelement (24) erzeugbar ist.

10. Biegeeinstellwalze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (24) durch die über die Rück stellmittel (32, 34) erzeugbare Kraft entgegen der Preßrichtung (28) vorspannbar sind, so daß die Ein richtung zur Druckerzeugung (36) und insbesondere im Druckkreislauf angeordnete Steuerventile bei höherem Druck betreibbar sind.