DE19807857C1 - Walze - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Walze.

Stand der Technik

Eine Walze ist aus der DE 296 13 795 U1 bekannt. Die Aufgabe, die der vorbekannten Walze zugrunde liegt, wird darin gesehen, das Biegeverhalten der Walze zu optimieren, wobei insbesondere die Durchbiegung der Walze in der Walzenmitte unterdrückt werden soll. Dazu ist es vorgesehen, daß die Walze aus einem äußeren Walzenrohr und einer innerhalb des Walzenrohrs angeordneten Stützwelle besteht, wobei die Stützwelle im Längsmittelbereich einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist, der die Innenfläche des Walzenrohrs anliegend berührt. Die Funktion des mittleren Abschnitts größeren Durchmessers entspricht der Funktion von zwei axial nach innen versetzten Lagern, durch die das äußere Walzenrohr auf der Stützweile abgestützt ist. Die Lagerung durch den mittleren Abschnitt größeren Durchmessers ist im Vergleich zu nach innen versetzten Lagern jedoch vereinfacht. Nachteilig an der vorbekannten Walze ist, daß die Stützwelle infolge von Durchbiegung und Kerbwirkung bricht. Außerdem ist der Außenumfang des Walzenrohrs im Bereich der axialen Enden des mittleren Abschnitts größeren Durchmessers einem erhöhten abrasiven Verschleiß ausgesetzt, da die Oberfläche des Walzenrohrs während der bestimmungsgemäßen Verwendung durch den mittleren Abschnitt größeren Durchmessers im wesentlichen trapezförmig verformt ist.

Eine weitere Walze ist aus der DE-PS 612 499 bekannt. Die Walze ist als Andruckwalze für Schreib-, Rechen- und andere Büromaschinen ausgebildet. Die Aufgabe der vorbekannten Walze wird darin gesehen, die Nachteile von Gummiwalzen, wie beispielsweise ein nachteiliges Quellverhalten und eine rasche Verschmutzung zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei der vorbekannten Walze dadurch gelöst, daß ein Walzenmantel aus starrem und säurefestem Material zur Anwendung gelangt, wobei der Walzenmantel durch Ringe aus elastischem Material auf dem Kern gelagert ist. Einen Hinweis darauf, daß die vorbekannte Walze nicht nur als Andruckwalze für Schreib-, Rechen- und andere Büromaschinen zur Anwendung gelangen kann, ist in der vorbekannten Druckschrift nicht offenbart.

Eine weitere Walze ist aus der DE-PS 446 513 bekannt. Die Walze ist als Klettwalze für Papier- oder Stoffbahnen ausgebildet. Die Walze besteht aus einer Stützwelle, die in ihrem Längsmittelbereich einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist, der die Innenfläche eines Walzenrohrs unmittelbar anliegend berührt, wobei das Walzenrohr die Stützwelle außenumfangsseitig umschließt. In axialer Richtung beiderseits des Längsmittelbereichs sind Ringe angeordnet, die den Hohlraum zwischen der Stützwelle und dem Walzenrohr ausfüllen. Das Walzenrohr ist auf die Stützwelle aufgeschrumpft, wobei die auf der Stützwelle angeordneten Ringe in Abhängigkeit von der Druckbeanspruchung der axialen Stirnseiten des Walzenrohrs in ihrer Anzahl variierbar sind.

Aus der DE 195 42 850 A1 ist eine weitere Walze bekannt. Die Walze ist als Transport-, Trag- oder Führungswalze ausgebildet und in Verbundbauweise hergestellt. Ein Walzenrohr umschließt eine Stützwelle konzentrisch mit radialem Abstand, wobei der durch den Abstand gebildete Spalt in axialer Richtung beiderseits durch stirnseitig angeordnete Endscheiben abgeschlossen ist. In dem durch die Endscheiben, die Stützwelle und das Walzenrohr begrenzten Hohlraum ist ein Schaumstoffkörper angeordnet, der bevorzugt aus Polyurethan besteht. Der Schaum weist eine derartige Restelastizität auf, daß er Biege- Wechsel-Belastungen besser entgegenwirken kann. Stirnseitig ist der Schaumstoffkörper jeweils von einer Endscheibe begrenzt, die als Zackenringe gestaltet sind und an ihrem Außen- und Innendurchmesser Zacken aufweisen, die in die Außenfläche der Stützwelle und in die Innenfläche des Walzenrohrs zur Verkrallung eingreifen. Im Längsschnitt betrachtet, sind die Endscheiben tellerförmig ausgebildet. Eine dichtende Anpressung der Endscheiben an die radial angrenzenden Bauteile ist in der vorbekannten Druckschrift nicht offenbart.

Eine weitere Walze ist aus der GB 2 186 661 A bekannt. Die Stützwelle ist im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und außenumfangsseitig von einem Walzenrohr umschlossen. Das Walzenrohr weist in seinem Längsmittelbereich einen Abschnitt kleineren Durchmessers auf, der die Außenfläche der Stützwelle anliegend berührt. Das Walzenrohr besteht aus einem polymeren Werkstoff.

Aus der GB 2 186 662 A ist eine weitere Walze bekannt, die insgesamt einstückig ausgebildet ist und aus einem polymeren Werkstoff besteht. Das Walzenrohr und die Stützwelle sind in ihrem Längsmittelbereich einstückig ineinander übergehend ausgebildet.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und daß die Oberfläche des Walzenrohrs während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Walze bei Aufbringen einer Flächenlast frei von kantigen Richtungsänderungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Walze ein Walzenrohr umfaßt, das eine Stützwelle mit radialem Abstand umschließt, wobei das Walzenrohr und die Stützwelle durch zumindest einen Stützkörper aus elastomerem Werkstoff aufeinander abgestützt sind und wobei der Stützkörper symmetrisch zu einer das Walzenrohr axial mittig durchschneidenden, gedachten Radialebene angeordnet ist, wobei axial beiderseits des Stützkörpers jeweils ein Dichtring angeordnet ist, wobei die Dichtringe den Innenumfang des Walzenrohrs und den Außenumfang der Stützwelle unter radialer Vorspannung dichtend berühren und wobei das Walzenrohr axial zwischen den Dichtringen eine bündig verschließbare Durchbrechung zum Einspritzen von Elastomerwerkstoff in den Hohlraum aufweist, der durch das Walzenrohr, die beiden Dichtringe und die Stützwelle begrenzt ist. Die erfindungsgemäße Walze kann beispielsweise als Transportwalze in der Papierindustrie zur Anwendung gelangen. Die zu transportierenden Bahnen werden dabei stets auf Zug gehalten, um eine Faltenbildung während des Transports zu vermeiden. Durch das Eigengewicht der Walze selbst und durch die Zugbelastung auf die zu transportierende Bahn ergibt sich insbesondere bei Walzen mit großen Breiten eine Durchbiegung zwischen den Lagern, die weitgehend auszugleichen ist.

Durch den aus elastomerem Werkstoff bestehenden Stützkörper werden Kerbspannungen auf die radial angrenzenden Teile im Bereich der stirnseitigen Enden des Stützkörpers vermieden. Im Gegensatz zur Ausführung aus dem Stand der Technik besteht nicht die Gefahr, daß die Stützwelle während der bestimmungsgemäßen Verwendung im Bereich der stirnseitigen Enden des Stützkörpers bricht. Auch die Aufwölbung des Walzenrohrs, die der Durchbiegung entgegenwirkt, derart, daß zumindest der Mittelbereich des Walzenrohrs weitgehend eben ist, ist gleichmäßig bogenförmig. Dadurch ist die spezifische Flächenlast entlang der von der Bahn berührten Oberfläche des Walzenrohrs gleich groß. Unterschiedlich großer abrasiver Verschleiß durch eine unterschiedlich große spezifische Flächenpressung auf der Oberfläche des Walzenrohrs wird durch den aus elastomerem Werkstoff bestehenden Stützkörper zuverlässig ausgeschlossen.

Von entscheidender Wichtigkeit ist, daß sich der Stützkörper durch seine Flexibilität an die elastischen Verformungen von Stützwelle und/oder Walzenrohr anpaßt und dadurch unerwünscht hohe Kerbspannungen im Bereich der Stirnseiten des Stützkörpers ausgeschlossen sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß nur ein Stützkörper zur Anwendung gelangt, der axial mittig zwischen den stirnseitigen Begrenzungen des Walzenrohrs angeordnet ist.

Davon abweichend besteht jedoch auch die Möglichkeit, mehrere Stützkörper vorzusehen, die einander mit axialem Abstand benachbart zugeordnet sind, wobei die Stützkörper jedoch ebenfalls symmetrisch zu der gedachten Radialebene angeordnet sind.

Axial beiderseits des Stützkörpers ist jeweils ein Dichtring angeordnet, wobei die Dichtringe den Innenumfang des Walzenrohrs und den Außenumfang der Stützwelle unter radialer Vorspannung dichtend berühren. Bevorzugt bestehen die Dichtringe aus einem elastomeren Werkstoff und werden durch O-Ringe gebildet. Davon abweichend sind jedoch beispielsweise auch Ringe aus Aluminium möglich. Das Walzenrohr weist bei einer solchen Ausgestaltung axial zwischen den Dichtringen eine bündig verschließbare Durchbrechung zum Einspritzen von Elastomerwerkstoff in den Hohlraum auf, der durch das Walzenrohr, die beiden Dichtringe und die Stützweile begrenzt ist. Bevorzugt erstreckt sich die Durchbrechung in radialer Richtung. Nachdem das Walzenrohr, die Stützwelle und die beiden Dichtringe miteinander montiert sind und eine vormontierbare Einheit bilden, wird der Elastomerwerkstoff, aus dem der Stützkörper besteht, durch die Durchbrechung in den Hohlraum eingespritzt, bis dieser vollständig ausgefüllt ist. Im Anschluß an die Aushärtung befindet sich die Walze im gebrauchsfertigen Zustand, wobei das Walzenrohr und die Stützwelle durch den ausgehärteten Stützkörper unlösbar miteinander verbunden sind.

Bevorzugt besteht der Stützkörper aus einem im wesentlichen inkompressiblen Elastomerwerkstoff, beispielsweise Polyurethan. Ein derartiger Werkstoff weist während des Betriebs der Walze geringe Relaxationserscheinungen auf, so daß die Walze gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer hat. Außerdem ist von Vorteil, daß ein aus Polyurethan bestehender Stützkörper schwingungsdämpfend wirkt und Verformungsenergie aufnehmen kann.

Um bei einem möglichst geringen Gewicht der Walze eine hohe Steifigkeit zu erreichen, können das Walzenrohr und/oder die Stützwelle aus einem polymeren Werkstoff bestehen. Bevorzugt gelangen Verbundfaserwerkstoffe zur Anwendung, beispielsweise glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Derartige Walzen weisen, bezogen auf Walzen aus Stahl, eine vergleichsweise geringe Trägheitsmasse auf. Die Drehzahl solcher Walzen kann dadurch besonders schnell den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalls angepaßt werden.

Im Hinblick auf eine möglichst geringe Trägheitsmasse der Walze sowie einem möglichst geringen Material- und Kostenaufwand hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn die Stützwelle als Hohlwelle ausgebildet ist.

Nach einer ersten Ausgestaltung kann der Stützkörper separat erzeugt und mit dem Walzenrohr und/oder der Stützwelle verbunden sein. Der als Stützkörper ausgebildete Elastomer-Ring kann beispielsweise mit dem Innenumfang des Walzenrohrs und/oder dem Außenumfang der Stützweile nur reibschlüssig verbunden sein. In jedem Fall ist der Stützkörper unter radialer Vorspannung innerhalb des durch den Abstand gebildeten Spalts angeordnet.

Das Verhältnis aus der axialen Länge des Stützkörpers und der axialen Länge des Walzenrohrs kann 0,05 bis 0,75 betragen, bevorzugt 0,25 bis 0,75 oder 1/3. Das Verhältnis aus der axialen Länge des Stützkörpers und seiner radialen Dicke beträgt bevorzugt 0,5 bis 6. Derartige Verhältnisse haben sich als besonders vorteilhaft bewährt, da sich in diesen Fällen die Durchbiegung der Stützwelle und die entgegengerichtete Aufwölbung des Walzenrohrs besonders gut ausgleichen. In Abhängigkeit von den Werkstoffen, aus denen die Walze besteht und/oder der Zugspannung, unter der die Bahn die Walze berührt, können auch davon abweichende Verhältnisse vorteilhaft sein. Der radiale Abstand zwischen dem Walzenrohr und der Stützwelle ist in jedem Fall so bemessen, daß sich die beiden Teile auch bei Verwendung der Walze und der damit sich einstellenden Durchbiegung nicht berühren.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Walze werden nachfolgend anhand der schematisch dargestellten Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Diese zeigen:

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Stützkörper aus elastomerem Werkstoff zwischen dem Walzenrohr und der Stützwelle angeordnet ist,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zwei mit axialem Abstand zueinander benachbarte Stützkörper zur Anwendung gelangen.

Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Walze gezeigt, die im wesentlichen aus einem Walzenrohr 1 besteht, das die Stützwelle 2 mit radialem Abstand umschließt, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt 11 der aus einem inkompressiblen elastomeren Werkstoff bestehende Stützkörper 3, 3.1, 3.2 angeordnet ist. Der Stützkörper 3, 3.1, 3.2 berührt sowohl den Innenumfang 7 des Walzenrohrs 1 als auch den Außenumfang 8 der Stützwelle 2 unmittelbar anliegend; das Walzenrohr und die Stützwelle sind durch den Stützkörper unlösbar miteinander verbunden.

In jedem der Ausführungsbeispiele sind die Stützkörper 3, 3.1, 3.2 symmetrisch zu der gedachten Radialebene 4 angeordnet, die das Walzenrohr 1 axial mittig durchschneidet.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen bestehen die Stützkörper, 3, 3.1, 3.2 jeweils aus Polyurethan, und das Walzenrohr 1 sowie die Stützwelle 2 bestehen aus einem Verbundfaserwerkstoff, wie beispielsweise aus einem Kohlefasermaterial.

Die als Hohlwellen ausgebildeten Stützwellen 2 sind jeweils im Bereich ihrer axialen Stirnseiten mit Lagerzapfen 15, 16 versehen, die beispielsweise in die hohlen Stützwellen 2 eingeschrumpft und/oder eingeklebt sind.

Das Verhältnis aus der axialen Länge der Stützkörper 3, 3.1, 3.2 und der axialen Länge des Walzenrohrs 1 beträgt in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils etwa 1/3.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Stützkörper 3 in dem durch den Abstand gebildeten Spalt 11 zwischen dem Walzenrohr 1 und der Stützwelle 2 unter radialer Vorspannung angeordnet ist. Der Stützkörper 3 ist separat erzeugt.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Walzenrohr 1 mit einer sich in radialer Richtung erstreckenden Durchbrechung 9 versehen. Das Walzenrohr 1, die Stützwelle 2 und die Dichtringe 5, 6, die in diesem Ausführungsbeispiel aus elastomerem Werkstoff bestehen, bilden eine vormontierbare Einheit. Der Hohlraum 10 ist durch das Walzenrohr 1, die beiden Dichtringe 5, 6 und die Stützwelle 2 begrenzt und wird zur Herstellung des Stützkörpers 3 durch die Durchbrechung 9 mit fließfähigem, elastomerem Werkstoff vollständig gefüllt. Im Anschluß an die Aushärtung des Stützkörpers 3 wird die Durchbrechung 9 mit einem Stopfen 12 oberflächenbündig verschlossen, wobei der Stopfen 12 bevorzugt aus dem gleichen Material besteht, wie das Walzenrohr 1.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Walze gezeigt, das sich vom Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zwei mit axialem Abstand zueinander benachbarte Stützkörper 3.1, 3.2 zur Anwendung gelangen, die spiegelbildlich zur Radialebene 4 angeordnet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Hohlräume 10.1, 10.2 vorgesehen, die durch die beiden Durchbrechungen 9.1, 9.2 mit dem elastomeren Werkstoff der Stützkörper 3.1, 3.2 befüllbar sind. Die beiden Stützkörper 3.1, 3.2 sind durch beiderseits der Radialebene 4 angeordnete, weitere Dichtringe 13 und einen umlaufenden Freiraum voneinander getrennt. Die beiden Durchbrechungen 9.1, 9.2 sind durch die beiden Stopfen 12.1, 12.2 verschlossen.

Bei den Walzen gemäß den Fig. 1 und 2 ist von Vorteil, daß sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung ein ausgezeichneter Ausgleich zwischen der Durchbiegung der Stützwelle 2 in Richtung der Flächenlast und der Aufwölbung des Walzenrohrs 1 entgegen der Flächenlast ergibt. Die Last ist in den Fig. 1 bis 4 symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 14 versehen.

Claims (8)

1. Walze, umfassend ein Walzenrohr (1), das eine Stützwelle (2) mit radialem Abstand umschließt, wobei das Walzenrohr (1) und die Stützwelle (2) durch zumindest einen Stützkörper (3) aus elastomerem Werkstoff aufeinander abgestützt sind und wobei der Stützkörper (3) symmetrisch zu einer das Walzenrohr (1) axial mittig durchschneidenden, gedachten Radialebene (4) angeordnet ist, wobei axial beiderseits des Stützkörpers (3) jeweils ein Dichtring (5, 6) angeordnet ist, wobei die Dichtringe (5, 6) den Innenumfang (7) des Walzenrohrs (1) und den Außenumfang (8) der Stützwelle (2) unter radialer Vorspannung dichtend berühren und wobei das Walzenrohr (1) axial zwischen den Dichtringen (5, 6) eine bündig verschließbare Durchbrechung (9) zum Einspritzen von Elastomerwerkstoff in den Hohlraum (10) aufweist, der durch das Walzenrohr (1), die beiden Dichtringe (5, 6) und die Stützwelle (2) begrenzt ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (5, 6) aus elastomerem Werkstoff bestehen und durch O-Ringe gebildet sind.

3. Walze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (3) aus einem im wesentlichen inkompressiblen Elastomerwerkstoff besteht.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenrohr (1) und/oder die Stützwelle (2) aus einem polymeren Werkstoff bestehen.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwelle (2) als Hohlwelle ausgebildet ist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (3) separat erzeugt und mit dem Walzenrohr (1) und/oder der Stützwelle (2) verbunden ist.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus der axialen Länge des Stützkörpers (3) und der axialen Länge des Walzenrohrs (1) 0,25 bis 0,75 beträgt.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus der axialen Länge des Stützkörpers (3) und seiner radialen Dicke 0,5 bis 6 beträgt.