DE19983059B4

DE19983059B4 - Anordnung zum raschen Verstellen einer Walze mit hydrostatischen Lagern

Info

Publication number: DE19983059B4
Application number: DE19983059T
Authority: DE
Inventors: Kari Holopainen; Juha Lahtinen; Pekka Kivioja; Juha Ehrola
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Metso Paper Oy
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: FI104206B; DE19983059T1; WO1999066220A1; US6595691B1; FI981382A0; AU4618399A; FI104206B1

Abstract

Anordnung zum Verstellen einer Walze, die durch ihre Achse (1) auf Abstützungen hydrostatisch drehbar gelagert und in ihrer Arbeitsstellung mittels eines Lagers positionierbar ist, durch eine rasche Bewegung des Lagers aus seiner Arbeitsstellung, wobei die Drehlagerung an jedem Ende der Walze mindestens ein Lastelement (2–4), das mit einem Hydraulikmedium druckbeaufschlagbar ist, und mindestens ein Abstützelement (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Ventil-Steuerkolben (9) aufweist, der ein für die Druckbeaufschlagung des mindestens einen Lastelementes (2) erforderliche Hydraulikmedium liefert und in einem Ventilzylinder (8) angeordnet ist, daß der Steuerkolben (9) mit einem Positionierventil (10) an der dem Lastelement (2) zugewandten Stirnseite des Steuerkolbens (9) versehen ist und daß die bezüglich des Positionierventils (10) gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens (9) mit einer Druckleitung (LP) der Hydraulikanlage verbunden ist, um einen Haltedruck auf den Steuerkolben (9) zu richten, weiterhin enthält die Anordnung einen Schnellbetätigungskolben (13) zum Bewirken der raschen Bewegung, der in einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verstellen einer Walze, die durch ihre Achse auf Abstützungen hydrostatisch drehbar gelagert und in ihrer Arbeitsstellung mittels eines Lagers positionierbar ist, durch eine rasche Bewegung des Lagers aus seiner Arbeitsstellung, wobei die Drehlagerung an jedem Ende der Walze mindestens ein Lastelement, das mit einem Hydraulikmedium druckbeaufschlagbar ist, und mindestens ein Abstützelement aufweist.
DE 27 37 346 A1 offenbart eine durchbiegungskompensierte Walze mit weicher Oberfläche für einen Kalander. DE 25 57 972 A1 beschreibt eine Stützeinrichtung, die einen Ventilsteuerkolben vorsieht. Dieser liefert das hydraulische Druckmittel, welches für die Druckbeaufschlagung der Lastelemente erforderlich ist. Zusätzlich ist dieser Ventilsteuerkolben in einem tragenden Teil für die Stützeinrichtung angeordnet. Das hydraulische Druckmittel kann vom Ventilsteuerkolben abgedrosselt werden. DE 23 54 797 A beschreibt ein hydrostatisches Radiallager zur drehbaren Lagerung beispielsweise einer Trommel. Dabei sind insgesamt drei Lagerschuhe für die Trommel vorgesehen. Die Lagerschuhe sind jeweils mit einem Kolben verbunden, der in einem Zylinder entlang seiner Achse verschiebbar ist. Der Raum zwischen dem Kolben und dem Zylinderboden wird mit einem Schmiermedium beaufschlagt. Dieses steht unter Druck und gelangt von dort aus durch eine Bohrung in die Lagertasche. In der Lagertasche baut sich dann ein entsprechender hydrostatischer Druck auf.
Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine, im Vergleich zur Technik, verbesserte Anordnung zum Verstellen einer Walze bereitzustellen.
Die oben genannte Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorheriger Erfindung gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Die Erfindung ist besonders geeignet für die schnelle Freigabe eines von zwei Walzen gebildeten Walzenspaltes, ohne jedoch auf diese spezielle Anwendung beschränkt zu sein.
Die schnelle Freigabe eines Walzenspaltes wird beispielsweise bei Kalandern, die beschichtete Walzen mit weichen Oberflächen verwenden, im Falle eines Bahnbruches benötigt, um Beschädigungen der Walzenoberfläche zu vermeiden. Die schnelle Freigabe eines Walzenspaltes wurde bisher mittels externer Lastzylinder dadurch bewerkstelligt, daß ein die untere Walze abstützender Haltedruck in den Zylindern entlastet wurde. Bei diesem Stande der Technik schreitet die Spaltkraft auf einem langen Weg durch die unteren Zylinder und den gesamten Rahmen von der unteren Walze zur oberen Walze fort. Die unteren Zylinder erfordern eine Gruppe von Ventilen und häufig die Verwendung eines getrennten individuellen Aggregats. Die ältere finnische Patentanmeldung FI 970625 A der Anmelderin offenbart eine Steueranlage für die Lager einer hydrostatisch gelagerten Walze, die die Ausführung einer Schnellbetätigung für die Walze mittels der Drehlagerung ermöglicht. Als Folge der schnellen Freigabe des Walzenspaltes mittels eines unteren Zylinderlagers können die beim Stand der Technik vorgesehenen unteren Zylinder weggelassen werden und die Konfiguration der Kalander kann, falls erforderlich, so modifiziert werden, daß die Walzen mittels Verbindungselementen an den Enden der Walzen unmittelbar miteinander verbunden werden. Das Verbindungselement überträgt somit die Spaltkraft, und der Maschinenrahmen kann leichter ausgeführt werden und das Lastsystem kann aufgrund einer kürzeren Übertragungskette verstärkt werden. Der Verzicht auf die unteren Zylinder führt ferner zu einer einfacheren Steueranlage.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zum Ausführen einer raschen Bewegung einer hydrostatisch gelagerten Walze mittels eines Lagers zu erzielen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Anordnung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Ventil-Steuerkolben aufweist, der ein für die Druckbeaufschlagung des mindestens einen Lastelementes erforderliches Hydraulikmedium liefert und in einem Ventilzylinder angeordnet ist, daß der Steuerkolben mit einem Positionierventil an der dem Lastelement zugewandten Stirnseite des Steuerkolbens versehen ist und daß die bezüglich des Positionierventils gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens mit einer Druckleitung der Hydraulikanlage verbunden ist, um einen Haltedruck auf den Steuerkolben zu richten.
Bei vorliegender Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Anordnung ferner aufweist: einen Schnellbetätigungskolben zum Bewirken der raschen Bewegung, der in einem Schnellbetätigungszylinder angeordnet ist, daß eine Seite des Schnellbetätigungskolbens mit der Druckleitung verbunden ist, um einen Haltedruck auf den Schnellbetätigungskolben zu richten, daß die gegenüberliegende Stirnseite des Schnellbetätigungskolbens mit einer Schnellbetätigungsdruckleitung verbunden ist, die zu einer Druckseite des mindestens einen Lastelementes verläuft, und daß zum Erzielen einer raschen Bewegung des Lagers der Schnellbetätigungszylinder in der Lage ist, ein konstantes Volumen an Hydraulikmedium entsprechend einem erwünschten Schnellbewegungsbereich von der Druckseite des mindestens einen Lastelementes abzuziehen, während ein auf die Kolben wirkender Haltedruck in der Druckleitung entlastet wurde.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Druckleitung für den Ventilzylinder und den Schnellbetätigungszylinder, in Verbindung mit jedem Zylinder, mit einem Halteventil versehen ist, das in der Lage ist, als Folge einer Entlastung des Versorgungsdrucks der Druckleitung zu öffnen, wobei durch das Öffnen des Halteventils der Haltedruck der Kolben entlastet wird.
Die Anordnung der Erfindung eignet sich zum Einsatz bei einem Spalt, der von einer Walze mit Biegungskompensation und Selbstbelastung und einer Gegenwalze gebildet wird, die mit einem huberzeugenden Gleitlager der Erfindung versehen ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
1 eine Anordnung der Erfindung im Prinzip in einer schematischen Ansicht zeigt,
2 ein Positionierventil in der Anordnung der 1 in einer etwas detailierteren schematischen Ansicht zeigt,
3 einen Schnellbetätigungszylinder in der Anordnung der 1 in einer etwas detailierteren schematischen Ansicht zeigt.
Das Prinzipdiagramm in 1 für eine Steueranlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt einen Zustand dar, bei dem eine hydrostatisch gelagerte Walzenachse 1 sich in einer Arbeitsstellung entsprechend einem Lastzustand befindet. Die linke Seite der Figur zeigt ein Walzenende auf der Betriebsseite, und die rechte Seite stellt ein Rückseitenende dar. In dem exemplarischen Fall der 1 ist die Achse 1 mit einem hydrostatischen Gleitlager versehen, das drei hydraulische Lastelemente 2–4 sowie ein hydraulisches Abstützelement 5 verwendet. Das letztere wirkt in eine Richtung, die im wesentlichen entgegengesetzt zu der von den Lastelementen 2–4 gebildeten Hauptlastrichtung gerichtet ist. Um die hydraulischen Lastelemente 2–4 mit Druck zu beaufschlagen, wird einem darunter liegenden Kammerraum 28 ein Hydraulikmedium mittels eines Steuerkolbens 9 für ein Ventil zugeführt, das in einem unterhalb des Lastelementes 2 angeordneten Ventilzylinders 8 angeordnet ist, wobei die Unterseite des Steuerkolbens 9 einem Versorgungsdruck ausgesetzt ist, der als Haltedruck in einer Druckleitung LP der Anlage vorhanden ist. Der Steuerkolben 9 ist mit einem Gegenventil oder Positionierventil 10 versehen, das in dem in den 1 und 2 dargestellten Betriebszustand einer Walze seine obere Stellung einnimmt. Das Positonierventil 10 ist mit der Stellung des darüber angeordneten Lastelementes 2 durch eine Stange 7 rückgekoppelt; die Stange 7 ist mit der Unterseite des Lastelementes 2 verbunden und er streckt sich in das Innere des Ventilzylinders 8 gegen die Oberseite des Positionierventils 10. Das Öffnen bzw. Entlasten des Positionierventils 10 entspricht der Spaltlast. Wenn die Last größer wird, bewegt sich das Lastelement 2 nach unten, so daß das Positionierventil 10 mehr Hydraulikmedium abgibt, und die größere Menge an Hydraulikmedium entwickelt einen höheren Druck zwecks Ausgleichs der erhöhten Last. Die Lage der Achse 10 kann dadurch geändert werden, daß die Stellung des Positionierventils 10 geändert wird. Die zu dem Ventilzylinder 8 führende Druckleitung LP ist mit einem Halteventil versehen, das als Rückschlagventil 11 ausgebildet ist, welche mittels des in der. Druckleitung LP herrschenden Versorgungsdrucks in eine Absperrstellung gedrückt wird.
Um eine rasche Bewegung des Lagers (eine rasche Freigabe des Walzenspaltes) zu erzielen, sind die Kammerräume 28 der Lastelemente 2–4 gemäß der 1 mit einem Schnellbetätigungszylinder 12 verbunden, und zwar über eine Schnellbetätigungsleitung QR für das Hydraulikmedium. In dem Betriebszustand der 1 und 3 ist der Kolben 13 des Schnellbetätigungszylinders 12 durch den in einer Kammer 30 herrschenden Haltedruck der Druckleitung LP in seine Standby-Stellung (linksseitige Stellung in 1) vorgespannt. In Verbindung mit dem Schnellbetätigungszylinder 12 ist ein Halteventil 15 vorgesehen, das als Rückschlagventil ausgebildet ist, weiches durch den Versorgungsdruck der Druckleitung LP in eine Absperrstellung vorgespannt wird.
Um die rasche Bewegung des Lagers zu erzielen, wird der Haltedruck gleichzeitig aus der Kammer des Kolbens 9 des Lastzylinders 8 und derjenigen des Kolbens 13 des Schnellbetätigungszylinders 12, die näher an der Druckleitung LP liegt, abgelassen. Der Druck wird mittels eines Ventils 23 abgelassen, das mit einer Hauptversorgungsleitung PS verbunden ist, welches den Versorgungsdruck abzieht, wodurch die Ventile 11 und 15 geschlossen werden. Der Schnellbetätigungskolben 13 verstellt sich und verdrängt aus den Druckkammern der Lastelemente 2–4 ein konstantes Volumen an Druckmedium entsprechend einem erwünschten raschen Bewegungshub, der durch die Abmessungen des Schnellbetätigungszylinders 12 bestimmt wird. Die Geschwindigkeit der raschen Bewegung wird durch Drosseln der Öffnung des Ventils 15 geregelt. Die Menge des den Schnellbetätigungszylinder verlassenden Öls wird über ein Ventilgehäuse 6 zu einer Hauptrückführleitung T der Anlage geführt. Die Bewegung des Schnellbetätigungskolbens 13 wird durch einen den Abfluß drosselnden konischen Zapfen 14 am Ende des Kolbens gedämpft.
Die schnelle Bewegung endet, wenn der Schnellbetätigungskolben 13 den Boden erreicht. Der Steuerkolben 9 des Ventilzylinders 8 setzt seine Bewegung fort, und das von der Unterseite der Lastelemente 2–4 abfließende Öl fließt über Kapillaren 26 in Lagertaschen 27 und weiter in ein Lagergehäuse 6, wo die Bewegung der Lastelemente in kontrollierter Weise verlangsamt wird. Die Stellung des Steuerkolbens 9 wird dadurch benutzt, eine Sollverstellung für die Achse 1 zu bestimmen, die dem Walzenspalt entspricht.
Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß der Schmiermittelfluß – eine Leitung LB – an keinem Punkt des Betriebszyklus unterbrochen wird. Der Schmiermittelfluß kann nur kurzzeitig unterbrochen werden, wenn das Steuerventil 10 seinen Kontakt mit der Stange 7 des Lastelementes 2 verliert.
Das Anheben einer Walze zurück in ihre Arbeitsstellung, d. h. einer Stellung entsprechend einem Lastzustand, wird wie folgt durchgeführt. Dem Anheben der Achse geht eine Verschiebung der Schnellbetätigungskolben 13 (sowohl auf der Betriebsseite wie auch auf der Rückseite) in eine Standby-Position voraus. Eine Verstellung in die Standby-Position erfolgt immer bei abgesenkter Lage der Achse 1.
Es sind Gegenventile 18 und 20 vorgesehen, um die Bewegung der Steuerkolben 9 zu sperren und um die Schnellbetätigungskolben 13 zuerst in eine Standby-Position (die am weitesten linke Position in 1) zu verschieben. Die Geschwindigkeit der Kolben 13 wird mittels einer Drossel 22 geregelt. Während einer Bewegung der Kolben 13 fließt das Druckmedium von den näher an den Lastelementen 2–4 liegenden Schnellbetätigungskammern durch die Lastelemente in die Lagergehäuse 6. Während der Betätigung der Kolben 13 kann sich die Lage der Achse 1 ändern; die Achse kehrt jedoch wieder in eine untere Stellung zurück, wenn die Betätigung beendet ist. Das Ende der Betätigung kann mittels eines in der Druckleitung LP herrschenden Drucks angezeigt werden (wenn der Druck auf einen konstanten Wert angestiegen ist, haben die Kolben ihre Standby-Position erreicht).
Wenn die Schnellbetätigungskolben 13 die Standby-Postion erreicht haben, werden die gesteuerten Gegenventile 18 und 20 mittels eines Ventils 21 geöffnet, so daß das Druckmedium durch Durchflußsteuerventile 17 und 19 in die näher an der Druckleitung LP liegenden Räume der Steuerkolben 9 strömen kann. Die Ringbereiche der Steuerkolben 9 werden über das Lagergehäuse 6 in einen Tankkanal T abgelassen. Die Hubgeschwindigkeit und die Synchronität der Betätigung sowohl auf der Rückseite wie auch der Betriebsseite werden durch die Ventile 17 und 19 gesteuert.
Wenn sich die Walze in ihrer Arbeitsstellung befindet, wird der Spalt mit einer selbstbelasteten Gegenwalze geschlossen, und das Kräftegleichgewicht wird durch das Positionierventil 10 hergestellt.
In einer Druckkammer 29 der Abstützelemente 5, die auf der entgegengesetzten Seite bezüglich der Lastelemente 2–4 vorhanden ist, herrscht in allen Betriebszuständen ein konstanter Druck.
Die Beziehung zwischen der Verstellung der Lastelemente 2–4 und der des Schnellbetätigungskolbens 13 wird durch ein hydraulisches Übersetzungsverhältnis bestimmt, d. h. das Verhältnis der Flächenbereiche. Die Bewegung des Schnellbetätigungskolbens 13 wird am Ende eines Hubes mit Hilfe des konischen Zapfens 14 an der Unterseite des Kolbens 13 verlangsamt. Gleichzeitig dämpft dies den plötzlichen Halt einer drehbar gelagerten Achse. Außerdem wird der letztere Teil der Achsbewegung gedämpft, wenn das Druckmedium durch die Kapillaren 26 aus dem Lager herausfließt.
Bei dem unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zu dem Ventilzylinder 8 führende Druckleitung LP mit einem Rückschlagventil 11 versehen, und die Kammerräume 28 der Lastelemente 2–4 sind mit einem Schnellbetätigungszylinder 12 verbunden, der mit einem Rückschlagventil 15 ausgerüstet ist. Diese Lösung ermöglicht ein rascheres Entlasten der Kapillaren der Lastelemente 3 und 4. Die beschriebene Lösung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem weichen Kalander, bei dem der Walzenspalt unter Verwendung einer selbstbelasteten Gegenwalze geschlossen wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist ausführbar auch ohne den Schnellbetätigungszylinder 12 und die Rückschlagventile 11 und 15, so daß bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Ventileinrichtung den Ventilzylinder 8 umfaßt, der mit dem Ventil-Steuerkolben 9 versehen ist, welcher unter dem Positionierventil 10 angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt die Ventileinrichtung den Ventilzylinder 8, das Positionierventil 10, den Steuerkolben 9 und das mit dem Ventilzylinder 8 verbundene Rückschlagventil 11.

Claims

Anordnung zum Verstellen einer Walze, die durch ihre Achse (1) auf Abstützungen hydrostatisch drehbar gelagert und in ihrer Arbeitsstellung mittels eines Lagers positionierbar ist, durch eine rasche Bewegung des Lagers aus seiner Arbeitsstellung, wobei die Drehlagerung an jedem Ende der Walze mindestens ein Lastelement (2–4), das mit einem Hydraulikmedium druckbeaufschlagbar ist, und mindestens ein Abstützelement (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Ventil-Steuerkolben (9) aufweist, der ein für die Druckbeaufschlagung des mindestens einen Lastelementes (2) erforderliche Hydraulikmedium liefert und in einem Ventilzylinder (8) angeordnet ist, daß der Steuerkolben (9) mit einem Positionierventil (10) an der dem Lastelement (2) zugewandten Stirnseite des Steuerkolbens (9) versehen ist und daß die bezüglich des Positionierventils (10) gegenüberliegende Stirnseite des Steuerkolbens (9) mit einer Druckleitung (LP) der Hydraulikanlage verbunden ist, um einen Haltedruck auf den Steuerkolben (9) zu richten, weiterhin enthält die Anordnung einen Schnellbetätigungskolben (13) zum Bewirken der raschen Bewegung, der in einem Schnellbetätigungszylinder (12) angeordnet ist, wobei eine Seite des Schnellbetätigungskolbens (13) mit der Druckleitung (LP) verbunden ist, um einen Haltedruck auf den Schnellbetätigungskolben (13) zu richten, während die gegenüberliegende Stirnseite des Schnellbetätigungskolbens mit einer Schnellbetätigungsdruckleitung (QR) verbunden ist, die zu einer Druckseite (28) des mindestens einen Lastelementes verläuft, und wobei zum Erzielen einer raschen Bewegung des Lagers der Schnellbetätigungszylinder (12) in der Lage ist, ein konstantes Volumen an Hydraulikmedium entsprechend einem erwünschten Schnellbewegungsbereich von der Druckseite (28) des mindestens einen Lastelementes (2) abzuziehen, während ein auf die Kolben (9, 13) wirkender Haltedruck in der Druckleitung (LP) entlastet wurde.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (LP) für den Ventilzylinder (8) und den Schnellbetätigungszylinder (12), in Verbindung mit jedem Zylinder, mit einem Halteventil (11, 15) versehen ist, das in der Lage ist, als Folge einer Entlastung des Versorgungsdrucks der Druckleitung (LP) zu öffnen, wobei durch das Öffnen des Halteventils der Haltedruck der Kolben (9, 13) entlastet wird.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteventil aus einem Rückschlagventil (11, 15) besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierventil (10), das in dem Steuerkolben (9) für den Ventilzylinder (8) vorgesehen ist, mit der Position des Lastelementes (2) rückgekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierventil (10) mit dem Lastelement (2) mittels einer Stange (7) mechanisch rückgekoppelt ist, die an dem näher am Ventilzylinder (8) liegenden Ende des Lastelementes (2) befestigt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikanlage in der Lage ist, einen Schmiermittelstrom (LB) für die Lastelemente (2–4) in allen Stufen des Betriebszyklus sicherzustellen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze aus einer Walze besteht, die gemeinsam mit einer Gegenwalze den Spalt einer Papiermaschine bildet, wobei die rasche Bewegung dazu dient, den Spalt rasch freizugeben bzw. zu öffnen.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze aus einer weichen Kalanderwalze besteht.