DE19947398A1 - Durchbiegungseinstellwalze - Google Patents

Abstract

Es wird eine Durchbiegungseinstellwalze (1) angegeben mit einem drehbaren Walzenmantel (2), einem innerhalb des Walzenmantels (2) angeordneten nicht drehenden Träger (3), einer hydraulischen Stützelementanordnung (4) zwischen Träger (3) und Walzenmantel (2), einem Lagerring (7) an jedem Ende des Walzenmantels (2), der in einer Pressenebene relativ zum Träger (3) bewegbar ist, und einer Lageranordnung zwischen Lagerring (7) und Walzenmantel (2). DOLLAR A Eine derartige Walze möchte man mit höheren Betriebsgeschwindigkeiten betreiben können. DOLLAR A Hierzu ist die Lageranordnung durch mindestens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete hydrostatische Stützelemente (10) gebildet, von denen mindestens eines gegenüber dem Lagerring (7) beweglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchbiegungseinstellwalze mit einem drehbaren Walzenmantel, einem innerhalb des Walzenmantels angeordneten nicht drehenden Träger, ei­ ner hydraulischen Stützelementanordnung zwischen Träger und Walzenmantel, einem Lagerring an jedem Ende des Walzenmantels, der in einer Pressenebene relativ zum Träger bewegbar ist, und einer Lageranordnung zwischen Lagerring und Walzenmantel.

Eine derartige Durchbiegungseinstellwalze ist aus EP 0 332 594 B1 bekannt. Im Betrieb rotiert der Walzenman­ tel um den Träger. Durchbiegungen, die sich durch eine Belastung des Walzenmantels ergeben könnten, werden durch die hydraulische Stützelementanordnung aufgenom­ men, die den Walzenmantel von innen gegenüber dem Trä­ ger abstützt. Dies führt zwar unter Umständen zu einer Durchbiegung des Trägers. Die Biegelinie des Walzenman­ tels kann aber entsprechend besser beeinflußt werden.

Die Stützelementanordnung kann allerdings nur Kräfte aufnehmen, die in der Pressenebene wirken, beispiels­ weise von einer Gegenwalze oder einem sich daran an­ schließenden Walzenstapel erzeugt werden. Zusätzlich ist es erforderlich, daß der Walzenmantel mit einem La­ ger auf dem Träger gehalten wird, das eine Rotation des Walzenmantels gegenüber dem Träger und gleichzeitig ei­ ne gewisse Positionierung erlaubt.

Im bekannten Fall wird dieses Lager durch Wälzkörper gebildet, wie es im Stand der Technik üblich ist. Al­ lerdings hat sich herausgestellt, daß derartige Wälzla­ ger bei immer schneller laufenden Walzen nicht mehr mit der notwendigen Zuverlässigkeit arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durch­ biegungseinstellwalze mit einer höheren Betriebsge­ schwindigkeit betreiben zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Durchbiegungseinstellwalze dadurch gelöst, daß die Lageranordnung durch mindestens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete hydrosta­ tische Stützelemente gebildet ist, von denen mindestens eines gegenüber dem Lagerring beweglich ist.

Damit ist es möglich, eine Durchbiegungseinstellwalze mit Mantelhub auch bei höheren Geschwindigkeiten zu be­ treiben, d. h. Umfangsgeschwindigkeiten in der Größen­ ordnung von 2000 m/min. und mehr. Das Vorhandensein von mindestens drei in Umfangsrichtung verteilten Stützele­ menten erlaubt eine definierte Abstützung in allen ra­ dialen Richtungen. Da mindestens ein, vorzugsweise aber mehrere oder sogar alle Stützelemente gegenüber dem La­ gerring beweglich sind, sind sie in der Lage, sich auch bei Durchmesserveränderungen des Walzenmantels und/oder des Lagerringes bzw. des Trägers, die durchaus nicht immer gleichartig verlaufen müssen, selbst nachzustel­ len und somit zu gewährleisten, daß der Walzenmantel immer im gewünschten Maße unterstützt ist. Spiele, wie sie von Wälzlagern her bekannt sind und die unter Um­ ständen zu einem ungünstigen Schwingungsverhalten der Walze im Betrieb führen könnten, werden mit dieser Art der Lagerung sehr kleingehalten. Die hydrostatische Ab­ stützung des Walzenmantels im Bereich der Rotationsla­ ger ermöglicht zudem einen relativ verschleißarmen Be­ trieb und zwar auch bei höheren Geschwindigkeiten.

Vorteilhafterweise weisen die beweglichen Stützelemente eine Hubhöhe gegenüber dem Lagerring in radialer Rich­ tung auf, die einer maximalen Veränderung entspricht, die sich aus thermischen Durchmesserunterschieden und/oder Walzenmantel- bzw. Trägerverformungen durch Niplasten ergibt. Man die Hubhöhe also auf sehr kleine Werte beschränken. Der Hub muß nur so groß sein, daß er die genannten Veränderungen, die sich aus thermischen Durchmesserunterschieden und Verformungen des Walzen­ mantels bzw. der Achsen durch Niplasten ergeben, aus­ gleichen kann. Der Mantelhub der Walze wird durch die Führung des Lagerringes am Träger realisiert. Aufgrund der sehr kleinen Hubhöhe ist im gesamten Arbeitsbereich der Stützelemente eine relativ genaue Führung im Lager­ ring möglich. Dies wiederum verbessert die Betriebsei­ genschaften der Walze.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Hubhöhe im Be­ reich von 0,1 bis 0,5 mm liegt. Dies entspricht im we­ sentlichen dem Spiel eines C3-Pendelrollenlagers, wobei durch die Hubhöhe gewährleistet wird, daß bei der be­ schriebenen Abstützung eben kein Spiel auftritt.

Vorzugsweise weist zumindest ein Stützelement an seiner dem Träger zugewandten Unterseite einen gekrümmten Bo­ den auf. Dies gilt auf jeden Fall für das Stützelement, das bei einer Druckbeaufschlagung des Walzenmantels in der Pressenebene weiter in den Lagerring hineingedrückt wird. Mit dem gekrümmten Boden vermeidet man, daß das Stützelement mit einer Kante am Boden der Zylinderboh­ rung aufsetzt, wenn der Träger durch Belastung gekrümmt wird. Dies verringert den Verschleiß. Es wird ein hy­ drosotatisches Lager für eine Walze mit Mantelhub zur Verfügung gestellt, das den Anforderungen eines sich biegenden Trägers relativ gut gerecht wird.

Vorzugsweise weisen die Stützelemente an einem Ende der Walze eine gekrümmte Stützfläche auf, die an einer gleichartig gekrümmten Lagerfläche an der Innenseite des Walzenmantels anliegt. Mit dieser Ausgestaltung er­ reicht man auf relativ einfache Art und Weise eine Axiallagerung des Walzenmantels gegenüber dem Lagerring an einer Seite. Der Walzenmantel kann sich aufgrund der Krümmung der Lagerfläche nicht axial gegenüber dem Stützelement verschieben.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Stützfläche entlang einer sich in einem Radialschnitt ergebenden Linie kreislinienförmig gekrümmt ist. Mit dieser Ausge­ staltung wird zusätzlich zu der axialen Abstützung noch der Effekt erreicht, daß sich der Träger gegenüber dem Walzenmantel durchbiegen kann, ohne daß die Abstützei­ genschaften der Stützelemente nennenswert verschlech­ tert werden. Wenn sich der Träger durchbiegt, dann wan­ dert die Stützfläche mit ihrer Oberfläche entlang der besagten Kreislinie, stützt aber den Walzenmantel aber nach wie vor zuverlässig ab.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß ein Lagerring über hydrosta­ tische Gleitflächen axial am Walzenmantel anliegt. Hierdurch läßt sich an einem axialen Ende der Walze ein Festlager realisieren.

Vorzugsweise sind die Lagerringe auf Endabschnitten des Trägers angeordnet, die einen geringeren Durchmesser als ein Abschnitt des Trägers axial zwischen den Endab­ schnitten aufweisen. Damit erreicht man zwei Vorteile. Zum einen steht ausreichend Platz zur Verfügung, denn man zur Unterbringung der Lagerringe und der Stützele­ mente verwenden kann. Zum anderen ist der Träger über den größten Teil seiner Länge im mittleren Bereich aus­ reichend stark dimensioniert, um die hydraulischen Stützelementanordnung abstützen zu können. Dies wieder­ um hat zur Folge, daß die Durchbiegung des Trägers und damit auch die Neigung der Stützelemente zum Walzenman­ tel kleingehalten werden kann.

Vorzugsweise weist jedes Stützelement eine Versorgungs­ einrichtung auf, die einen konstanten Volumenstrom von hydraulischer Flüssigkeit liefert. Dadurch herrscht zwischen dem Zylinderraum unter dem Stützelement und der hydrostatischen Tasche zwischen Stützelement und Walzenmantel eine konstante Druckdifferenz. Durch das Aufbringen von Last auf die Walze wird sich das dem Nip zugewandte Stützelement auf dem Boden seiner Zylinder­ bohrung abstützen. Da seine Kapillare aber weiterhin mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird und zwar mit konstantem Volumenstrom, wird der Druck in den Taschen steigen. Bei jeder Last stellen sich die Drücke in den Taschen selbsttätig ein. Durch den konstanten Volumen­ strom kann man unabhängig von der Last sicherstellen, daß die Stützfunktion für jedes Stützelement erhalten bleibt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß jedes Stützelement mindestens eine Lagertasche aufweist, die über eine Drosselleitung mit einem Druckraum zwischen Stützele­ ment und Lagerring verbunden ist, in den die Versor­ gungseinrichtung fördert, wobei die Drosselleitung so bemessen ist, daß sich bei maximaler Last ein minimaler Spalt zwischen Stützelement und Walzenmantel im Bereich von 20 bis 30 µm ergibt. Dieser Spalt ist ausreichend dick, um eine Beschädigung des Walzenmantels durch Auf­ setzen auf dem Stützelement zu verhindern. Er ist ande­ rerseits klein genug, um den Ölstrom durch das Stütze­ lement ausreichend zu drosseln, so daß der Flüssig­ keitsverbrauch in einem vertretbarem Maß bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform einer Walze,

Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt III-III nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Walze.

Fig. 1 zeigt eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit ei­ nem Walzenmantel, der über eine nur schematisch darge­ stellte hydraulische Stützelementanordnung 4 auf einem Träger 3 abgestützt ist. Der Walzenmantel 2 ist hierbei als Walzenrohr ausgebildet, d. h. er umgibt einen Hohl­ raum, in dem der Träger 3 angeordnet ist. Der Träger 3 ist hierbei undrehbar gehalten, während der Mantel 2 um den Träger 3 rotieren kann.

An seinen beiden axialen Enden ist der Walzenmantel 2 über jeweils ein Lager 5, 6 drehbar auf dem Träger 3 gelagert. Hierbei ist das Lager 5 als Loslager und das Lager 6 als Festlager ausgebildet.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, weist das Lager 5 einen Lagerring 7 auf, der parallel zu einer Pressenebene 8, in der die Walze 1 von einer nicht näher dargestellten Gegenwalze mit Druck beauf­ schlagt werden kann, verlagerbar ist. Bezogen auf die Darstellung der Fig. 1 bis 3 kann also der Walzenmantel 2 gegenüber dem Träger 3 nach oben und nach unten be­ wegt werden. Eine derartige Walze 1 bezeichnet man auch als Walze mit Mantelhub. Die Bewegung wird also dadurch realisiert, daß der Lagerring 7 gegenüber dem Träger 3 bewegt wird. Die Bewegung kann von der Stützelemen­ tanordnung 4 gesteuert werden.

Der Lagerring 7 weist in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt vier Zylinderbohrungen 9 auf, in denen jeweils ein Stützelement 10 angeordnet ist. Das Stützelement 10 ist im Lagerring 7 radial beweglich (bezogen auf die Rotationsachse 11 des Walzenmantels 2). Hierbei kann sich der mögliche Hub aber auf sehr kleine Bereiche be­ grenzen. Er muß lediglich einem Spiel eines C3- Pendelrollenlagers entsprechen, liegt also in der Grö­ ßenordnung von etwa 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise sogar nur im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm. Diese Hubbewegung reicht aus, um Verformungen aufzunehmen, die sich aus thermischen Durchmesserunterschieden ergeben oder aus Walzenmantel- bzw. Trägerverformungen, die durch Nipla­ sten entstehen können.

Wie insbesondere aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist jedes Stützelement 10 an seiner der Rotationsachse 11 zuge­ wandten Seite, also an seinem radial inneren Ende, ge­ krümmt. Wenn nun das Stützelement 10 aufgrund einer Be­ lastung des Walzenmantels 2 bis zum Anschlag in den La­ gerring 7 eingedrückt wird, dann kann auch bei einer Durchbiegung des Trägers 3 nicht die Situation auftre­ ten, daß das Stützelement mit einer Kante auf dem Boden der Zylinderbohrung 9 aufsitzt, sondern es wird in je­ dem Fall eine flächige Berührung erfolgen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind, wie dies aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, vier Stützelemente 10 vorgesehen. Es reichen aber auch drei Stützelemente aus, um die Lagerung des Walzenmantels 2 auf dem Träger 3 mit der nötigen Bestimmtheit zu gewährleisten.

Das Festlager 6 ist genauso ausgebildet wie das Losla­ ger 5 mit dem Unterschied, daß zusätzlich hydrostati­ sche Stützelemente 12, 13 vorgesehen sind, die mit Axialanschlägen 14, 15 am Walzenmantel 2 zusammenwir­ ken.

Zwischen den Stützelementen 10 und dem Träger 7 wird in den Zylinderbohrungen 9 auf jeden Fall ein Druckraum gebildet und zwar auch dann, wenn das Stützelement 10 bis zum Anschlag in den Lagerring 7 eingefahren ist. Dies wird unter anderem durch die gekrümmte Unterseite der Stützelemente 10 erreicht. Wie aus Fig. 3 zu erken­ nen ist, ist jede Zylinderbohrung 9 durch einen Kanal 16 mit einer Versorgungsleitung 17 verbunden, durch die eine Hydraulikflüssgkeit unter Druck zugeführt wird.

Dies ist ebenfalls in Fig. 2 erkennbar, wo die Mündun­ gen der Versorgungsleitungen 17 zu erkennen sind. Jede Versorgungsleitung 17 ist über einen Regler 18 mit ei­ ner Pumpe 19 verbunden. Die Regler 18 sorgen dafür, daß immer ein konstanter Volumenstrom durch die Leitung 17 in die Drucktasche der jeweiligen Zylinderbohrung 9 ge­ langt.

Jedes Stützelement weist im vorliegenden Fall vier Drucktaschen 20 auf, von denen jede über eine Kapillare 21 mit dem Druckraum in der Zylinderbohrung 9 in Ver­ bindung steht. Jede Kapillare 21 bildet eine Drossel­ leitung. Aufgrund des konstanten Volumenstromes in jede Druckkammer hinein, wird auch ein konstanter Volumen­ strom zumindest in der Summe der Kapillaren 21 eines jeden Stützelements 10 erzeugt. Dementsprechend ist der Druckabfall über das Stützelement 10 in jedem Fall gleich. Man kann nun den Druckabfall in der Kapillare 21 so wählen, daß auch bei der stärksten Belastung des Walzenmantels 2 immer ein Mindestspalt zwischen der ra­ dialen Außenseite des Stützelementes 10, d. h. der Stützfläche, und der Innenseite des Walzenmantels 2 verbleibt, das im Bereich von 20 bis 30 µm liegt.

Dargestellt ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem für alle Stützelemente 10 eine gemeinsame Pumpe 19 vorgese­ hen ist, aber jedes Stützelement 10 einen eigenen Reg­ ler 18 aufweist. Man kann aber auch für jedes Stützele­ ment 10 eine eigene geregelte Pumpe 19 verwenden.

Im unbelasteten Zustand werden alle Stützelemente 10 etwa gleich weit aus dem Lagerring 7 herausgefahren werden, wobei allenfalls das Gewicht des Walzenmantels 2 kleine Unterschiede bewirken kann. Durch das Aufbrin­ gen von Last auf den Walzenmantel 2 wird sich das dem Nip zugewandte Stützelement 10 auf dem Boden der Zylin­ derbohrung 9 abstützen. Da die Kapillaren 21 aber wei­ terhin mit Öl versorgt werden und zwar mit konstantem Volumenstrom, wird der Druck in den Drucktaschen 20 steigen. Bei jeder Last stellen sich also die Drücke in den Drucktaschen 20 selbsttätig ein.

Die Dimensionierung der Pumpe 19 kann man aus der be­ kannten Druckdifferenz und der ebenfalls bekannten ma­ ximalen Belastung der Walze 1 vorherbestimmen. Im all­ gemeinen liegt der Druck über 100 oder sogar über 150 bar. Dadurch, daß die Stützelemente radial beweglich sind, kann man Durchmesserveränderungen des Walzenman­ tels, die beispielsweise von einer Temperaturänderung herrühren, kompensieren.

Die Lagerringe 7 sind an den Endabschnitten des Trägers angeordnet, wo der Träger 3 einen verminderten Durch­ messer aufweist. Eine weitere Durchmesserverminderung kann sich axial weiter außen ergeben, wo der Träger normalerweise aufgehängt oder befestigt wird.

In dem Bereich, wo die Lagerringe 7 angeordnet sind, ist der Träger 3 parallel zur Pressenebene 8 abge­ flacht. Der Lagerring weist entsprechend ebene Begren­ zungsflächen an seiner Innenseite auf, so daß der Wal­ zenmantel 2 mit Hilfe des Lagerringes 7 angehoben oder abgesenkt werden kann und zwar solange, bis der Lager­ ring in die ein oder andere Richtung am Träger 3 an­ stößt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Teile, die denen der Fig. 1 bis 3 entsprechen, sind mit gestrichenen Bezugszeichen versehen.

Geändert hat sich die Ausbildung des Festlagers 6'. Die Stützelemente 10' weisen eine Stützfläche auf, die in der in Fig. 4 dargestellten Schnittansicht auf einer Kreislinie 22 liegen. Der Walzenmantel weist an seiner radialen Innenseite ein Einsatzstück 23 auf, das eine Lagerfläche bildet, gegen die die Stützflächen der Stützflächen 10' anliegen. Diese Lagerfläche des Ein­ satzes 23 ist entsprechend gekrümmt, sie liegt auch auf der Kreislinie 22.

Mit dieser Ausgestaltung werden zwei Effekte erzielt. Zum einen ist der Walzenmantel 2 gegenüber dem Lager­ ring 7 des Festlagers 6' axial festgelegt, d. h. er kann nicht in Axialrichtung verschoben werden. Zum anderen ist es nun möglich, daß der Lagerring 7 bei einer Durchbiegung des Trägers 3 kippt und dabei die Stütze­ lemente 10' gegenüber dem Walzenmantel 2 "schräg" ge­ stellt werden. Die Stützflächen können jedoch weiterhin genauso weiterarbeiten wie bisher, weil sie an einer entsprechenden Lagerfläche anliegen.

Claims (10)

1. Durchbiegungseinstellwalze mit einem drehbaren Wal­ zenmantel, einem innerhalb des Walzenmantels ange­ ordneten nicht drehenden Träger, einer hydrauli­ schen Stützelementanordnung zwischen Träger und Walzenmantel, einem Lagerring an jedem Ende des Walzenmantels, der in einer Pressenebene relativ zum Träger bewegbar ist, und einer Lageranordnung zwischen Lagerring und Walzenmantel, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lageranordnung durch minde­ stens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete hydrostatische Stützelemente (10) gebildet ist, von denen mindestens eines gegenüber dem Lagerring (7) beweglich ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Stützelemente (10) eine Hubhöhe ge­ genüber dem Lagerring (7) in radialer Richtung auf­ weisen, die einer maximalen Veränderung entspricht, die sich aus thermischen Durchmesserunterschieden und/oder Walzenmantel- bzw. Trägerverformungen durch Niplasten ergibt.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubhöhe im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest ein Stützelement (10) an seiner dem Träger (3) zugewandten Unterseite ei­ nen gekrümmten Boden aufweist.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (10') an einem Ende der Walze (1') eine gekrümmte Stützfläche auf­ weisen, die an einer gleichartig gekrümmten Lager­ fläche an der Innenseite des Walzenmantels (2) an­ liegt.

6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche entlang einer sich in einem Radial­ schnitt ergebenden Linie (22) kreislinienförmig ge­ krümmt ist.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Lagerring (7) über hydrosta­ tische Gleitflächen (12, 13) axial am Walzenmantel (2) anliegt.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerringe (7) auf Endab­ schnitten des Trägers angeordnet sind, die einen geringeren Durchmesser als ein Abschnitt des Trä­ gers (3) axial zwischen den Endabschnitten aufwei­ sen.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Stützelement (10) eine Ver­ sorgungseinrichtung (18) aufweist, die einen kon­ stanten Volumenstrom von hydraulischer Flüssigkeit liefert.

10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stützelement (10) mindestens eine Lagertasche (20) aufweist, die über eine Drosselleitung (21) mit einem Druckraum zwischen Stützelement (10) und Lagerring (7) verbunden ist, in den die Versor­ gungseinrichtung (18) fördert, wobei die Drossel­ leitung (21) so bemessen ist, daß sich bei maxima­ ler Last ein minimaler Spalt zwischen Stützelement (10) und Walzenmantel (2) im Bereich von 20 bis 30 µm ergibt.