DE29518997U1

DE29518997U1 - Durchbiegungssteuerbare Walze

Info

Publication number: DE29518997U1
Application number: DE29518997U
Authority: DE
Original assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2005-12-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durchbiegungssteuerbare Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Walzen sind in vielen Varianten bekannt. Sie dienen beispielsweise zum Glätten oder Satinieren von Papier. Häufig wirkt dabei eine derartige Walze mit einer beheizten Gegenwalze konventioneller Bauart zusammen. Der Belag besteht, wenn die Walzen in der Textilindustrie bei entsprechend niedrigen Arbeitsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, in vielen Fällen noch aus Gummi. Auch in der Textilindustrie beginnen sich jedoch Beläge aus geeigneten Kunststoffen, zum Beispiel Polyamid und insbesondere Polyurethan, durchzusetzen, die in der Papier- und Kartonindustrie praktisch ausschließlich zum Einsatz kommen.

Der elastisch nachgiebige Belag wird beim Durchlaufen des Walzspalts gewalkt. Trotz der prinzipiell vorhandenen elastischen Nachgiebigkeit wird ein Anteil der Walkarbeit in Wärme umgesetzt, die zu einer Temperaturerhöhung des Belages führt. Besonders wenn die Arbeitstemperatur der Walze schon über die Umgebungstemperatur erhöht ist, kann durch die Walkarbeit die Temperatur so ansteigen, daß das Material des Belages Schaden zu nehmen beginnt. Es muß

D-40239 DÜSSELDORF · MULVANYSTRASSE 2 ■ TELEFON 49 / 211 /96 143 -0 TELEFAX 49 /211 /96 145 -20

also durch entsprechende Kühlung dafür gesorgt werden, daß die Temperatur eine bestimmte materialspezifische Grenze nicht übersteigt. Problematisch ist dabei insbesondere die Ableitung der Wärme aus dem Material des Belages, weil dieses Material schlechte Wärmeleitungseigenschaften zu haben pflegt.

Bisher wurden Walzen der in Rede stehenden Art im Bedarfsfall durch Kühlung von außen, beispielsweise durch Beblasen mit Kühlluft, oder von innen, beispielsweise durch Hindurchleiten eines Kühlmediums durch die Walze, gekühlt, was beides mit Aufwand verbunden und in seiner Wirkung beschränkt war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionsfähigkeit von Walzen der in Rede stehenden Art, die also einen elastisch nachgiebigen Belag aufweisen, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Der wesentliche Punkt bei der Erfindung ist das Zusammenwirken des zu einer unzulässigen Temperatursteigerung neigenden Belages aus dem elastisch nachgiebigen Material mit dem ihn tragenden Metall hoher Wärmeleitfähigkeit. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit kann Wärme aus der Verbindungszone des Belages mit der Hohlwalze nach innen abgezogen werden, wobei die Hohlwalze durch ihre gute Wärmeleitfähigkeit nur eine geringe Barriere für einen wirksamen Wärmeabfuhrstrom darstellt.

Beispiele für Materialien, die als Material für die Hohlwalze der Erfindung geeignet sind, sind in erster Linie Kupfer und Aluminium (Ansprüche 2, 3). Prinzipiell käme auch Silber in Betracht, doch verbietet sich dies natürlich aus Kostengründen.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Wärmeleitfähigkeiten von Kupfer und Aluminium denen von Grauguß und Stahl gegenübergestellt. Die bedeutenden Unterschiede sind ohne weiteres ersichtlich.

- 3 Wärmeleitfähigkeit
&lgr;

A_Cu = 384 W/mK

&lgr;_&Agr;1 = 204 W/mK

X_GG 58 W/mK

X_St 52 W/mK

Eine durchbiegungssteuerbare Walze mit einem Walzenrohr aus Aluminium geht aus der DE 41 03 799 Al hervor. Hierbei hat die Walze jedoch eine andere Funktion als bei der Erfindung, nämlich die einer Andrückwalze bei einer Vorrichtung zum Aufwickeln einer Kunststoffolienbahn. Die Hohlwalze aus Aluminium trägt keinen Belag, weil sie nur eine Andrück-, nicht aber eine Behandlungsfunktion für die Bahn hat. Der Aspekt des Zusammenwirkens des bei der Erfindung vorhandenen elastisch nachgiebigen Belages mit dem sehr gut wärmeleitenden Metall der Hohlwalze spielt bei der DE 41 03 799 Al also keine Rolle.

Die für die Hohlwalze der Erfindung in Betracht kommenden Materialien haben gleichzeitig, verglichen mit Stahl, relativ geringe &Egr;-Module. Dieser beträgt bei Aluminium etwa 70 000 N/mm², bei Kupfer 80 000 N/mm^z. Dies hat zur Folge, daß die Hohlwalze bei der Erfindung besonders nachgiebig und anschmiegsam ist, so daß bei einer entsprechenden Ausbildung der hydraulischen Stützeinrichtung in der Walze eine besonders feinfühlige Anpassung des Linienkraftprofils möglich ist.

Da die Härte eines Metalls mit dem &Egr;-Modul zwar nicht proportional, aber doch gleichsinnig verläuft, bedeuten die relativ geringen &Egr;-Module der in Betracht kommenden Metalle gleichzeitig eine nicht zu hohe Härte. Am Innenumfang der Hohlwalze greifen die Elemente der hydraulischen Stützeinrichtung an, die zwar über einen tragenden Flüssigkeitsfilm von dem Innenumfang getrennt sind und keine metallische Reibung erzeugen. Dennoch kann es durch in dem hydraulischen Druckmedium der Stützeinrichtung mitgeführte Schmutz- und Metallpartikel zu Reibungsangrif-

fen kommen, die die Oberfläche des Innenumfangs der Hohlwalze beeinträchtigen können.

Aus diesem Grund ist ein verschleißmindernder Belag des Innenumfangs gemäß Anspruch 4 zweckmäßig, der im einzelnen in der aus Anspruch 5 ersichtlichen Weise gestaltet sein kann.

Das Aufbringen eines verschleißmindernden bzw. günstige Gleiteigenschaften aufweisenden Belages auf den Innenumfang einer Hohlwalze einer durchbiegungssteuerbaren Walze ist allerdings für sich genommen aus der DD-PS 131 490 bekannt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Sie zeigt einen Teillängsschnitt durch das gemäß der Zeichnung linke Ende einer zonenweise durchbiegungssteuerbaren Walze.

Die zonenweise durchbiegungssteuerbare Walze 10 umfaßt eine umlaufende Hohlwalze 1, deren Außenumfang 2 einen Belag 7 aus einem elastisch nachgiebigen, der Beanspruchung gewachsenen Kunststoff ziemlich hoher Härte trägt, dessen Außenumfang 8 den arbeitenden Walzenumfang bildet. Die Hohlwalze 1 ist der Länge nach von einem undrehbaren Querhaupt 3 durchgriffen, welches ringsum Abstand zum Innenumfang 4 der Hohlwalze 1 beläßt, so daß es sich innerhalb der Hohlwalze 1 durchbiegen kann, ohne mit dem Innenumfang 4 in Berührung zu kommen.

Die aus der Hohlwalze 1 hervorstehenden Enden 3' des Querhauptes 3 sind in einem nicht dargestellten Walzenständer oder dergleichen geführt und werden durch Belastungsvorrichtungen, die in der Zeichnung nur durch ein kleines Dreieck angedeutet sind, mit Stützkräften 5 beaufschlagt. An die Enden der Hohlwalze 1 sind Endstücke 6 angesetzt, die als Träger von pendelfähigen Drehlagern 9 dienen, über die das Endstück 6 und damit die Hohlwalze 2 auf den Enden des Querhaupts 3 drehbar gelagert sind.

In dem Querhaupt 3 sind auf der Seite des Walzspalts 31 mehrere (in der Praxis je nach Walzenlänge bis zu grössenordnungsmäßig hundert) hydrostatische Stützelemente 16

angeordnet, die von innen in Richtung des Walzspalts 31 gegen den Innenumfang 4 der Hohlwalze 1 wirken und die Linienkraft in dem Walzspalt 31 erzeugen, wobei das Querhaupt 3 sich unter der Wirkung dieser Belastung im Innern der Hohlwalze 1 durchbiegt. Die Stützelemente 16 umfassen Kolben/Zylindereinheiten und sind gegenüber dem Querhaupt

3 radial verlagerbar. Die Stützelemente 16 werden alle einzeln (oder in mehreren Gruppen) über nicht dargestellte Zuleitungen mit hydraulischer Druckflüssigkeit versorgt. Die Stützelemente 16 (oder die entsprechenden Gruppen) üben voneinander unabhängige Kräfte gegen den Innenumfang

4 der Hohlwalze 1 aus, die sich in einer nach Maßgabe der Steifigkeit der Hohlwalze 1 entsprechenden Linienkraftverteilung in dem Walzspalt 31 auswirken, die also zonenweise beeinflußbar ist.

Die Stützelemente 16 sind auf der Anlagefläche dem Innenumfang 4 der Hohlwalze 1 entsprechend geformt und weisen in der Anlagefläche mindestens eine ringsum berandete, gegen den Innenumfang 4 offene flache Lagertasche auf, die mit der Druckflüssigkeit füllbar ist, die ständig nach außen über den ringsum geschlossenen Rand der Lagertasche abströmt und dort einen tragfähigen Flüssigkeitsfilm bildet, so daß metallische Reibung vermieden wird und die Abstützung der Hohlwalze 1 nur auf einem Flüssigkeitspolster unter dem jeweils eingestellten Druck erfolgt. Die über die Ränder der Lagertaschen übertretende Druckflüssigkeit sammelt sich in dem Zwischenraum zwischen dem Querhaupt 3 und dem Innenumfang 4 der Hohlwalze 1, der an den Enden durch Dichtungen 11 abgedichtet ist, und gelangt über eine nicht dargestellte Rückleitung in das Reservoir der Druckflüssigkeitsversorgungseinrichtung der Walze 10 zurück.

Der Kunststoffbelag 7 der Hohlwalze 1 kann zum Beispiel aus Polyurethan bestehen und eine Dicke von etwa 3 bis 20 mm aufweisen. Bei jedem Durchlauf durch den Walzspalt 31 erfährt er wegen seiner elastischen Nachgiebigkeit eine Kompression und Relaxation, wobei ein Anteil der

Walkarbeit in Wärme umgesetzt wird, so daß die Temperatur des Belages 7 ohne besondere Maßnahmen von selbst anzusteigen beginnt. Es muß also Wärme aus dem Belag 7 abgeführt werden.

Um dies zu erleichtern, besteht die Hohlwalze 1 aus einem gut wärmeleitenden Metall mit einem &lgr; > 150 W/mK, in dem Ausführungsbeispiel aus Aluminium. Dadurch wird ein beträchtlicher Wärmestrom von der Innenseite des Belages 7, wo der Belag 7 also mit der am Außenumfang 2 der Hohlwalze 1 verbunden ist, zum Innenumfang 4 der Hohlwalze 1 ermöglicht, wo ein Abtransport der Wärme durch die anstehende und ständig umgepumpte und gegebenenfalls gekühlte Hydraulikflüssigkeit stattfindet.

Die Hohlwalze 1 aus Aluminium ist nicht nur gut wärmeleitend, sondern auch leichter verformbar als ein Stahlrohr mit gleichen Abmessungen. Die Hohlwalze 1 ist besonders anschmiegsam. Im Verein mit der in der Zeichnung wiedergegebenen Anordnung, bei der separat steuerbare hydrostatische Stützelemente 16 in Achsrichtung der Walze 10 unmittelbar darauf aufeinanderfolgen, kann ein vorgegebenes Linienkraftprofil besonders feinfühlig eingestellt werden.

Obwohl die Stützelemente 16 über einen tragfähigen Flüssigkeitsfilm gegen den Innenumfang 4 der Hohlwalze 1 abgestützt sind und insoweit unter normalen Verhältnissen keine metallische Reibung auftritt, kann durch mit der hydraulischen Druckflüssigkeit mitgeschleppte Vereunreinigungen ein Verschleißangriff an der relativ weichen Oberfläche des Innenumfangs 4 der Hohlwalze 1 eintreten. Um diesen Verschleißangriff hintanzuhalten, ist der Innenumfang 4 mit einem verschleißmindernden Belag 12 in Gestalt einer Hartcoatierung versehen.

Claims

1. Durchbiegungssteuerbare Walze

mit einer um ihre Achse umlaufenden Hohlwalze (1), die außen einen Belag (7) aus einem elastisch nachgiebigen Material trägt, dessen zylindrischer Außenumfang (8) den arbeitenden Walzenumfang bildet,

mit einem undrehbaren, die Hohlwalze (1) der Länge nach durchgreifenden, rundum Abstand zum Innenumfang (4) der Hohlwalze (1) belassenden Querhaupt (3), an dessen Enden (3') äußere Stützkräfte (5) angreifen,

und mit einer im Innern der Hohlwalze (1) an dem Querhaupt (3) angeordneten hydraulischen Stützeinrichtung (16,16,...), die gegen den Innenumfang (4) der Hohlwalze (1) wirkt und die im Walzspalt (31) wirkende Linienkraft erzeugt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Hohlwalze (1) aus einem gut wärmeleitenden Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit &lgr; > 150 W/mK besteht.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Hohlwalze (1) aus Kupfer besteht.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwalze (1) aus Aluminium besteht.

D-40239 DÜSSELDORF ■ MULVANYSTRASSE 2 ■ TELEFON 49 I 211 / 96 145 - 0 · TELEFAX 40 / 2! 1 / 96 145 · 30

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwalze (1) auf ihrem Innenumfang (4) einen verschleißmindernden Belag (12) trägt.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwalze (1) auf ihrem Innenumfang (4) hartcoatiert ist.