DE2941856C2 - Walze mit magnetisch kompensierter und/oder geregelter Durchbiegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 34 89 079 bzw. der korrespondierenden FI-Anmeldung 2 283/67 ist eine derartige Walze mit einer V-förmigen Magnetschuhvorrichtung bekannt, die im Bereich zweier Luftspalten zwischen zwei Tolen der Magnetschuhvorrichtung und dem Innenmantel der Walze eine Zugkraft erzeugt Bei dieser Walze ist der Winkel zwischen den Magnetschuhen relativ klein, so daß der wirksame Luftspalt verhältnismäßig gering und ein großer Teil des Innenmantels bezüglich der Kompensationskräfte magnetisch schlecht genutzt ist Weiterhin ist aus der FI-PS 52 394 bzw. der korrespondierenden US-PS 40 62 097 eine Walze bekannt, bei der die magnetische Durchbiegungskompensation über zwei an im wesentlichen koaxialen Zylinderteilen des Walzenmantels angeordnete und zwischen den Zylinderteilen magnetomotorische Kräfte erzeugende Elemente sowie über weitere, an der Walzenwelle angebrachte und zwischen einander entgegengesetzten Walzenwellensektoren magnetomotorische Kräfte erzeugende Elemente erfolgt wobei aufgrund der resultierenden magnetischen Kräfte zwischen Walzenwelle und Walzenmantel auf einer Seite Zugkräfte und auf der anderen Seite Druckkräfte herrschen. Ferner ist aus der DE-PS 73 234 eine Walze bekannt, die zum Vermeiden de.■■■■. Auftretens einer Durchbiegung nicht an ihren Walzenenden belastet ist sondern vielmehr über die gesamte Walzenlänge einer kontinuierlichen Magnetkraft ausgesetzt ist, die entweder durch einen im Inneren des Walzenmantels oder zwei am Umfang des Walzenmantels angeordnete Elektromagnete erzeugt wird Die bei einem derartigen Aufbau erzielbaren maximalen Preßspaltdrücke sind allerdings aufgrund der fehlenden walzenendseitigen Belastung verhältnismäßig gering. Ähnliches gilt auch für die aus der US-PS 34 56 582 bekannte Walze, bei der ebenfalls keine walzenendseitige Belastung vorgesehen ist

Ferner ist aus der DE-OS 17 61641 eine Walze bekannt bei der die Durchbiegungskompensation mittels Dauermagneten erfolgt Hierbei sind die Dauermagnete sowohl an der festen Walzenwelle als auch am rotierenden Walzenmantel befestigt wobei die Kompensationskräfte durch Verändern der relativen Lage der Dauermagnete des Walzenmantels bzw. der Walzenwelle regelbar sind. Die Herstellung der Walze erfordert allerdings relativ großen konstruktionstechnischen Aufwand.

Weiterhin ist es bekannt die Durchbiegungskompensation auf unmagnetische Weise zu erreichen, in dem z. B. der Walzenmantel ballig ausgeführt ist wobei sich allerdings lediglich bei einer einzigen bestimmten randseitigen Belastung ein gleichmäßiger Liniendruck erzielen läßt Diese Beschränkung wird bei der aus der

US-PS 29 09 964 bekannten sogenannten Küsters-Walze vermieden, bei der zwischen der feststehenden Walzenwelle und dem rotierenden Walzenmantel in einem bestimmten Sektor eine Druckflüssigkeitskammer vorhanden ist, mit der die Durchbiegung des Walzenmantel durch Regelung des Flüssigkeitsdruck* kompensiert werden kann. Allerdings treten hierbei erhebliche Dichtungsschwierigkeiten auf. Darüber hinaus sind derartige Walzen bezüglich Druckänderungen relativ träge (Anstiegszeit ca. 30 s, Ausströmzeit ca, 10 s), so daß bei Druckänderungen erhebliche Mengen von Ausschußpapier erzeugt werden. Demgegenüber erfolgt bei den sogenannten CC-Walzen die Durchbiegungskompensation durch an der Innenfläche des Walzenmantels schleifende Preßschuhe, die durch Druckflüssigkeit belastet sind. Ebenso wie bei der Küsters-Walze treten auch bei dieser Walze erhebliche Dichtungsschwierigkeiten auf, wobei zusätzlich eine äußerst geringe Oberflächenrauhigkeit der Innenfläche des Walzenmantels erforderlich ist, was den fertigungstechnischen Aufwand erhöht Darüber hinaus lassen sich in Wellenrichtung unsymmetrische Regelungen nur verhältnismäßig schwierig erzielen.

Ferner ist aus der DE-PS 5 30 790 eine Fördereinrichtung für magnetische Gegenstände bekannt, die aus einem drehbaren Mantel und einem im Manteiinneren angeordneten feststehenden Elektromagneten besteht Die zu fördernden magnetischen Gegenstände werden in tangentialer Richtung über den drehbaren Mantel geführt, wobei zur Verbesserung der magnetischen Haltewirkung in den nicht magnetischen Walzenmantel eine Vielzahl von magnetischen Stücken eingesetzt ist, die die magnetischen Kraftlinien bündeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einfachen Mitteln derart weiterzubilden, daß auch bei größeren Walzenlängen eine genaue schnelle Regelung der Preßspaltdruckverteilung bei gleichzeitiger Erzielung großer Kompensationskräfte möglich ist

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst

Erfindungsgemäß weist der Magnetkern somit im Querschnitt drei Polschuhe auf, die derart angeordnet und elektromagnetisch erregt sind, daß der magnetische Fluß über den mittleren Polschuh zu den beiden seitlichen Polschuhen verläuft Aufgrund dieser Anordnung lassen rich starke Magnetfelder und damit große Kompensationskräfte erzeugen, so daß sich hohe Preßspaltdrücke erzielen lassen. Die gewünschte Preßspalidruckvefteilung ist dabei durch gezielte Erregung der an dem Magnetkern angebrachten Regelspulen sehr einfach mit größerer Genauigkeit und Schnelligkeit regelbar, als es bei mechanisch oder hydraulisch kompensierten Walzen der Fall ist Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Walze durch relativ geringen Antriebsleistungsbedarf aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche,

Ire folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein in den Figuren der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel, auf dessen Einzelheiten die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Walze in schematischer Seitenansicht

Fig.2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-1I in F i g. 1, wobei in F i g. 2A der Verlauf des magnetischen Flusses, in Fig.2B die Anordnung der Erregerspulen und in F i gr 2C die Größenordnung der Zugkräfte und die Verteilung zwischen Magnetkern und Walzenmantel dargestellt sind

F i g_t 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IH-IH in Fig.4,

Fi g. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig, 3,

Die in den Figuren dargestellte elektromagnetisch kompensierte Walze 10 weist einen zylinderförmigen

ίο Mantel 11, von dem wenigstens der Innenteil aus leitendem weichem Material besteht, während der Außenteil je nach Verwendungszweck auch mit einem magnetisch nichtleitenden bestimmten Belag versehen sein kann, sowie eine feste Welle 13,14 auf, die an ihren Wellenenden 13 belastet ist In Fig. 1 sind die belastenden Kräfte mit F₀ bezeichnet die zusammen mit dem Eigengewicht der Walze 10 den erforderlichen Preßspaltdruck in einem mit einer Gegenwalze 20 gebildeten Preßspalt N erzielen. Der drehende Walzenmantel 11 ist mittels Lagern 12 gelagert Die Mittellinie der Welle 13,14 ist mit C-Cgekennzeichnet

Die feste Welle der Walze IG ist aus einem magnetisch leitenden Material als Magnetkern 14 ausgebildet dessen Querschnitt im wesentlichen T-förmig ist und der Erregerspulen 17a bzw. 176 tragende Polschuhe 15a und 156 und einen diesen Polschuhen gemeinsiunen breiteren Polschuh 16 aufweist der ebenfalls eine Erregerspule tragen kann, auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist Der im vorstehenden beschriebene Magnetkern 14 ist innerhalb des drehenden Walzenmantels 11 so angeordnet daii zwischen den entgegengesetzten Polschuhen 15a und 150 und der inneren Oberfläche des Walzenmantels Luftspalte A₁ und A₂ gebildet sind, während entsprechet dem Polschuh 16 ein Luftspalt A₃ vorhanden ist Die Symmetriemittelebene der Luftspalte A\ und A₂ ist in Fig.2A mit T₁-T₂ bezeichnet und verläuft durch die Drehachse der Walze C-C Die Symmetriemittelebene des Luftspaltes A₃ ist mit T₃ bezeichnet und bildet die Winkel ß\ und ß₂ mit der Ebene TrT₂. Nach Fi g. 2A sind die Winkel ß, und ß₂ rechtwinklig, die Größe dieser Winkel kann aber davon etwas abweichen.

In Fig.2A ist der Verlauf des Magnetflusses im Magnetkern 14 in den Luftspalten A1, A₂ und /I₃ sowie im Walzenmantel umrissen. Die Verteilung des Magnetflusses gemäß Fig.2A erzeugt die in Fig.2C schematisch dargestellten Kräfte F\, F₂ und F₃. Die Kraft F₃ ist die aktive Kraft, die, wenn sie am Luftspalt Δ3 wirkt die Kompensation der durch das Eigengewicht

so der Walze 10 und durch die Belastung F₀ verursachten Durchbiegung und die gewünschte Regelung der Verteilung des Liniendrucks im Preßspalt N zwischen den Walzen 10 und 20 erzielt.

Unter dem Magnetkern 14 verbleibt ein Luftspalt V, der den Magnetfluß im wesentlichen durch die Luftspalte lenkt In F i g. 2C ist ein Sektor <x eingezeichnet dessen Größe ca. 270° beträgt und der sich industriell zur Erzeugung von kompensierenden magnetischen Kräften nutzen läßt.

Nach Fig.4 erstreckt sich der die wesentliche kompensierende Kraft F erzielende Polschuh 16 über die ganze Breite des Walzenmantels 11. Dagegen liegen mehrere Polschuhe 15a und \5b nebeneinander und sind mit getrennten Erregerspulen 17 versehen. Fi g. 4 zeigt

die Polschuhe \5b\, \5b\ und 156* und die an diesen Schuhen befindlichen Erregerspulen \7b\, Hb₂, 17ό/ν. Somit liegen NPolschuhe 15 parallel nebeneinander.
Die Kompensation und Regelung der Durchbiegung

und somit die Verteilung des Liniendrucks im Preßspalt /V lassen sich durch elektrische Regelung der Stärke und der gegenseitigen Verhältnisse der in die Spulen 17a\, 6i —17öM b_N der einzelnen Polschuhe gespeisten Erregerströme beherrschen. Diese Verfahrensweise ist in Fig.4 durch eine Steuerschaltung 19 und Bezeichnungen /i, h ... Inu In veranschaulicht. In gewissen Fällen reicht eine Regelung in der Art aus, daß die einzelnen Spulen 17 in Reihe geschaltet sind und die Stromstärke der so erzielten Spulengruppe geregelt wird. Zur Magnetisierung läßt sich entweder Gleichstrom oder Wechselstrom verwenden, wobei bei Verwendung von Gleichstrom an sich bekannte gesteuerte Gleichrichter verwendet werden. Weil der Erregerstrom nur feststehenden Polschuhen zugeführt wird, sind Gleitringe und entsprechende Vorrichtungen nicht erforderlich.

Obwohl vorstehend die Verwendung eines feststehenden Magnetkerns 14 beschrieben ist, kann dieser jedoch bei Bedarf um die Drehachse der Walze C-C so drehbar angeordnet sein, daß die Lage des Wirkungsbereichs der Kompensationskräfte nach Wunsch geändert werden kann. Auch läßt sich eine Regelungsweise in der Weise durchführen, daß die Größe des Luftspalts, insbesondere die des Luftspalts A₃, in gewissen Grenzen regelbar eingerichtet wird. Weil die Erregerschuhe IS₁ 16 nicht in direkter Berührung mit der inneren Oberfläche des Walzenmantels 11 stehen, sind bezüglich seiner Glätte keine besonderen Anforderungen vorhanden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Walze mit magnetisch kompensierter und/oder geregelter Durchbiegung, die an ihren Walzenenden belastet ist, insbesondere PreBwalze oder Kalanderwalze einer Papiermaschine, die aus einer nichtdrehbaren Walzenwelle (13,14), über deren Enden (13) die Belastung (F₀) der Walze (10) erfolgt, und aus einem an der Walzenwelle (13, 14) gelagerten (12) zylinderförmigen Mantel (11) besteht, wobei die Walzenwelle (13,14) als Magnetkern (14) ausgebildet ist, an dem Elemente (17), die magnetomotorische Kräfte erzeugen, so angebracht sind, daß sich durch den Einfluß des durch den Luftspalt (A) zwischen den Polschuhen (15, 16) des Magnetkerns (14) und dem Walzenmantel (11) verlaufenden magnetischen Flusses zwischen Walzenmantel (11) und Magnetkern (14) ein kompensierendes Kraftfeld (Fi) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (14) im Querschnitt drei Polschuhe (15a, 15ö,«to) aufweist, und daß an dem Magnetkern (14) magnetomotorische Kräfte erzeugende Erregerspulen (17) so angebracht sind, daß der das eigentliche Kompensationskraftfeld (F₃) erzeugende magnetische Fluß durch den mittleren Polschuh (16) des Magnetkerns (14) läuft und sich zurück Ober den Mantel (11) der Walze (10) und zwei im wesentlichen entgegengesetzte Polschuhe (15a, i5b)dt$ Magnetkerns (14) wieder schließt

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (14) im Querschnitt T-förmig ist

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei folschuhe (15a, 15Ä, 16) des Magnetkerns (14) nrit der Innenfläche des Mantels (11) der Walze (10) akii/e Luftspalte (A₁, A₁, A₃) in einem Sektor (α) bilden, der Ober 180° und vorzugsweise ca. 270° beträgt

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Führung des magnetischen Flusses zwischen dem Magnetkern (14) und der Innenfläche des Mantels (U) der Walze (10) eine Isolierstrecke (V) in einem Sektor (360 — λ) befindet, der außerhalb des Sektors (α) der Luftspalte (A,, Ai, A₃) bleibt, die durch die drei Polschuhe (15a, 156,16) gebildet sind.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das eigentliche Kompensationskraftfeld (F₃) erzeugende mittlere Polschuh (16) über die ganze axiale Länge des Kompensationsbereichs in sich geschlossen ist

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die entgegengesetzt liegenden Polschuhe (15a, XSb) aus mehreren benachbarten einzelnen Polschuhen (\5a_u b\, ISa₂, bi ... 15aM bn) gebildet sind, von denen jeder eine gesonderte Erregmpule (17ai, b\, Ylai, bj... \7a_N, b_N) hat

7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelerregerspulen (17) so mit gesondertem Erregerstrom (Iu h ... //v) gespeist werden, daß durch Regelung der Stärke der Erregerströme (h, h... In)und/oder ihrer gegenseitigen Verhältnisse die Liniendruckbelastung bez'lglieh ihrer Verteilung im Preßspalt (N) zwischen Walze (10) und Gegenwalze (20) nach Wunsch geregelt und/oder kompensiert ist

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene (TrTi) der beiden entgegengesetzten Polschuhe (15s, 15ίι) im wesentlichen durch die Drehachse (C-C) der Walze (10) verläuft und daß die Mittelebene (Ti) des mittleren Polschuhs (16) im wesentlichen senkrecht auf der Mittelebene (T\-Ti) der beiden entgegengesetzten Polschuhe (15a, i5b) steht und ebenfalls durch die Drehachse (C-C) der Walze (10) verläuft (F ig. 2AX