DE3306838A1 - Presswalze, deren durchbiegung einstellbar ist - Google Patents

Description

P 4008 J.M. Voith GmbH

Kennwort: "Gedämpfte S-Walze" Heidenheim

Preßwalze, deren Durchbiegung einstellbar ist

Aus der Zeitschrift "Das Papier" 1980, Seite 125, Abbildung 1
ist eine Preßwalze bekannt, deren Durchbiegung einstellbar ist und welche die folgenden wesentlichen Merkmale aufweist: Durch einen hohlen, drehbaren Walzenmantel erstreckt sich ein Biegeträger, aucn "Joch" genannt. Zur übertragung der Preßkraft vom Walzenmantel auf das Joch ist zwischen diesen beiden Bauteilen mit Hilfe von Dichtleisten ein der Gegenwalze zugewandter
Druckraum gebildet, dem von außen Druckflüssigkeit zugeführt
werden kann.

Beim Betrieb solcher Preßwalzen, insbesondere in Naßpressen von Papiermaschinen, treten mitunter Schwingungen auf, deren Ursache bisher unbekannt war. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese
Schwingungen soweit wie möglich zu beseitigen.

Die Erfinder sind zufällig darauf gestoßen, daß die Schwingungsprobleme durch eine Koppelung von zwei Schwingungssystemen entstehen, die wenigstens angenähert die gleiche Frequenz aufweisen. Das eine der beiden Schwingungssysteme ist das Joch.
Dieses neigt zu einer Biegeschwingung, vorzugsweise in Form der zweiten Oberschwingung (hierbei sind vier Knotenpunkte vorhanden, davon zwei in den Jochlagern und zwei in den dazwischen-

liegenden Drittel-Punkten). Das zweite Schwingungssystem ist eine sogenannte Kontaktschwingung des Preßwalzenmantels relativ zu seiner Gegenwalze. Das Entstehen dieser Schwingungsart wird offensichtlich durch das zwischen den beiden Walzen hindurchlaufende kompressiDle Filzband begünstigt.

Falls der Walzenmantel der Preßwalze an seinen beiden Enden mit Hilfe von Lagern auf dem Joch abgestützt ist und falls hierbei - wie bei der obengenannten bekannten Bauart - die Entfernung zwischen den Walzenmantel-Lagern kleiner ist als die Entfernung zwischen den Joch-Lagern, so besteht offensichtlich die Gefahr einer unmittelbaren Koppelung zwischen den beiden genannten Schwingungssystemen.

Aufbauend auf den zuvor beschriebenen Erkenntnissen, wird zur Lösung der obengenannten Aufgabe im wesentlichen vorgeschlagen, in dem zwischen Joch und Walzenmantel befindlichen Ringraum ein möglichst starres Flüssigkeitspolster anzuordnen (oder mehrere solche Flüssigkeitspolster). Hierzu wird wenigstens ein Kolben verwendet, der im Joch dichtend geführt ist und ständig an der Innenfläche des Walzenmantels anliegt. Zwar ist es grundsätzlich schon bekannt, in der eingangs genannten bekannten Prei3-walze Kolben (in Form von Ringkolben) vorzusehen; siehe "Das Papier" 1980, Seiten 165 bis 171 sowie DE-OS 30 03 395 und US-PS 4 307 501. Deshalb geht der Patentanspruch 1 in seinem Oberbegriff vom Gegenstand der zuletzt genannten Veröffentlichungen aus. Dort dienen die Ringkolben jedoch zu einem ganz anderen Zweck. Mit ihnen sollen nämlich in dem Ringraum Zonen abgetrennt werden, in denen ein gegenüber dem Ringraum niedrigerer Druck einstellbar ist. Hierdurch will man die Verteilung der Preßkraft entlang der Preßzone zusätzlich beeinflussen. Zu diesem Zweck sind dort von den Innenräumen der Ringkolben Flüssigkeitsleitungen durch das Joch nach außen geführt. Bei einer weiteren bekannten Preßwalze (DE-OS 29 07 761) sind Ringkolben

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vorgesehen, deren Innenräume an eine Druckmittelquelle angeschlossen sind. Dort sind die derart gebildeten Flüssigkeitspolster die einzigen Elemente zum Übertragen der Preßkraft vom Walzenmantel auf das Joch. Der zwischen dem Joch und dem Walzeinmantel befindliche Ringraum ist dort ansonsten drucklos.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das (oder die) Flüssigkeitspolster keine Verbindung nach außen hat (bzw. haben), auch nicht zu einer Druckquelle hin; denn es ist nicht erforderlich, den Druck im Flüssigkeitspolster zu steuern, wie dies bei den bekannten Preßwalzen der Fall ist. Die Flüssigkeitspolster sind also gemäß der Erfindung unnachgiebig, also zumindest im wesentlichen starr und von außen nicht beeinflußbar.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das oder die Flüssigkeitspolster gezielt dort angeordnet wird bzw. werden, wo die Schwingungsamplitude der Biegeschwingung und des Jochs am größten ist. Dieser Punkt bzw. diese Punkte müssen von Fall zu Fall ermittelt werden; d.h. man muß feststellen, weiche Ordnung die Biegeschwingung aufweist.

Der in den Flüssigkeitspolstern herrschende Flüssigkeitsdruck wird im wesentlichen gleich dem im Druckraum (bzw. in dem gegenüberliegenden Teil des Ringraumes) herrschenden Flüssigkeitsdruck sein. Dieser Druck wird bisweilen variiert, wobei sich die Durchbiegung des Jochs ändert. Wenn sich der Abstand zwischen dem Joch und dem Walzenmantel an der Stelle eines Kolbens beispielsweise vergrößert, so vergrößert sich zwangsläufig das Volumen des Flüssigkeitspolsters. Dies erfolgt im Falle der Verwendung eines Ringkoibens dadurch, daß Flüssigkeit aus der Umgebung an der Berührungsfläche zwischen Ringkolben und Walzenmantel in das Innere des Ringkolbens übertritt. Im umgekehrten Fall strömt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitspolster in der umgekehrten Richtung zurück in den Ringraum. Falls in dem zuletzt genannten Fall die Gefahr besteht, daß sich im Flüssigkeitspolster ein Überdruck aufbaut, ist es zweckmäßig, im Joch ein Sicherheits-Uberströmventil vorzusehen, das beim Über-

schreiten einer bestimmten Druckgrenze das Fiüssigkeitspclster mit dem Ringraum verbindet. Unter Umständen könnte es allerdings zweckmäßig sein, auch noch ein zusätzliches Überströmventil für die umgekehrte Strömungsrichtung vorzusehen.

Es versteht sich, daß die Schwingungsbeseitigende oder zumindest schwingungsdampfende Wirkung der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspolster wesentlich davon abhängt, daß diese frei von Lufteinschlüssen sind. Um dies zu gewährleisten, können gemäß Anspruch 6 Entlüftungs-Kapillaren vorgesehen werden. Außerdem kann man durch die im Anspruch 8 beschriebene Maßnahme von vornherein das mit Flüssigkeit zu füllende Volumen des Ringkolben-Innenraumes verkleinern.

Das schon erwähnte und gemäß Anspruch 5 vorgesehene Sicherheits-Überströmventil macht es auch noch möglich, den Durchmesser des Ringkolbens wesentlich kleiner als bei der bekannten Preßwalze auszuführen. Mit anderen Worten: Die auf den Walzenmantel wirksame Fläche des Flüssigkeitspolsters kann - wenn diese Fläche wenigstens angenähert kreisförmig ist - verhältnismäßig klein gewählt werden. Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen der wirksamen Fläche des Flüssigkeitspolsters und der Querschnittsfläche des Jochs beträgt etwa 1:20. Hierdurch können die im Joch für jeden Ringkolben vorzusehende Ausnehmung ebenfalls klein gehalten werden, so daß die Schwächung des Jochs in engen Grenzen bleibt.

Die im Anspruch 9 angegebene Form des Kolbens ist besonders geeiynet für die Anordnung des Flüssigkeitspolsters in der Mitte der Preßwalze; denn gerade dort ist es besonders wichtig, den Querschnitt des Jochs möglichst wenig zu schwächen. Andererseits kann gerade dort die Anordnung eines Flüssigkeitspolsters besonders effektiv sein, weil unter Umständen (siehe Fig. 1) die Amplitude der Biegeschwingung des Jochs relativ zum Walzenmantel in der Walzenmitte am größten ist.

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Es gehört zwar zum allgemeinen Stand der Technik, daß zum Zwecke der Dämpfung oder Beseitigung von Schwingungen hydraulische Schwingungsdämpfer vorgesehen werden. Bekannte Einrichtungen dieser Art weisen zwei Kammern auf, wobei Flüssigkeit zwischen diesen Kammern über eine Drosselstelle hin- und herströmt (verdrängt wird). Bei der erfindungsgemäßen Bauweise muß dagegen nur eine einzige Kammer zusätzlich geschaffen werden, weil diese innerhalb des großen, stets mit Flüssigkeit gefüllten Ringraumes angeordnet werden kann. Im übrigen weicht die erfindungsgemäüe Bauweise auch insoweit von den bekannten Schwingungsdämpfern ab, als die gebildete Fiüssigkeitskammer (d.h. das Innere des Ringkolbens) vorzugsweise zur Innenfläche des Walzenmantels hin offen sein kann. Dadurch können die Gleitreibungsverlute (zwischen Ringkolben und Walzenmantel) klein gehalten werden. Da außerdem zu erwarten ist, daß die störenden Schwingungen (die eine hohe Frequenz aufweisen, in der Größenordnung 100 Hz) vollkommen beseitigt werden, findet (bei gleichbleibendem Druck in dem jeweiligen Teil des Ringraumes) kein nennenswerter Fiussigkeitsaustausch zwischen dem Flüssigkeitspolster und dem Ringraum statt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Preßwalze, deren Durchbiegung einstellbar

ist, im Längsschnitt, und die dazugehörende Gegenwalze; Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt entlang der Linie II-II

der Figur 1, in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 zeigt ein Detail aus der Figur 2 in einer Ansicht in

Richtung des Pfeiles III der Figur 2; Fig. 4 zeigt einen Teilquerschnitt entlang der Linie IV-IV der Figur 1.

In Figur 1 ist die Preßwalze, deren Durchbiegung einstellbar ist, insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie hat einen rohrförmigen Walzenmantel 11, durch den sich ein feststehender Biegeträger (Joch 12) erstreckt. Der Walzenmantel 11 und eine Gegenwalze

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bilden miteinander einen Preßspalt, durch den ein Filzband 8 hindurchläuft, zusammen mit einer nicht dargestellten und zu entwässernden Papierbahn. Die Preßebene ist in Fig. 2 mit e bezeichnet.

Das Joch 12 ruht mit seinen beiden Enden über Kugelbüchsen in je einem Abstützbock 14. Nicht ersichtlich ist aus der Zeichnung, daf3 die Lager der Gegenwalze 9 starr in einem Maschinengestell abgestützt sind, und daß die Preßwalze 10 durch Verschwenken oder Verschieben der Abstützböcke IA an die Gegenwalze 9 anpreöbar ist.

Der Walzenmantel 11 ist mit Hilfe von Wälzlagern 15 auf dem Joch 12 drehbar gelagert. In dem dargestellten Beispiel ist der Abstand W zwischen den Lagermitten der Walzenmantel-Lager 15 kleiner als der Abstand J zwischen den Lagermitten der Jochlager 13. Die Schwingungsprobleme, die durch aie Erfindung beseitigt werden, sind in erster Linie bei Preßwalzen dieser Bauart aufgetreten. Die Erfindung ist jedoch auch bei Preßwalzen anderer Bauart anwendbar, z.B. bei solchen, in denen die Lagerabstände W und J im wesentlichen gleich groß sind.

Der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Walzenmantel 11 und dem Joch 12 ist in bekannter Weise mit Hilfe von nicht dargestellten Längsdichtungen in zwei halbringfö'rmige Räume unterteilt, nämlich in einen der Gegenwaize 9 zugewandte Draukraum 16 und in einen gegenüberliegenden sogenannte Leckraum In der Zeichnung ist weggelassen, daß dem Druckraum 16 von außen her durch das Joch 12 hindurch Druckmittel zugeführt wird, und daß der Leckraum 17 über eine nach außen führende Entlastungsleitung im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten wird.

Wie in Figur 1 mit einer Sinuslinie S dargestellt ist, kann das Joch 12 eine Biegeschwingung dritter Ordnung ausführen, wobei die Sinuslinie S den Joch-Lagerabstand J in drei gleiche Abschnitte unterteilt. Da der Walzenmantel 11, wie schon erwähnt,

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mit seinen Lagern 15 auf dem Joch 12 abgestützt ist, wird der Walzenmantel 11 durch die Biegeschwingung des Joches zu einer translatorischen Schwingung (quer zur Walzenachse) mit der Amplitude a gezwungen. Die Größe der Amplitude a ist der Abstand der Preßwalzenachse χ vom Schnittpunkt der Sinuslinie S mit der Mittellinie des Lagers 15. Man sieht nun, daß die Amplitude der Biegeschwingung des Jochs 12 relativ zum Walzenmantel 11 in der Mitte der Preßwalze, d.h. in der Mittelebene y, wesentlich größer ist als in den äußeren Dritteln der Sinuslinie. Die in der Mitte auftretende Amplitude ist in Figur 1 mit b bezeichnet und die in den Randbereichen im Abstand 3/6 von der Mitte der Jochlager 13 auftretende Amplitude mit c.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist - zur Dämpfung oder Beseitigung der beschriebenen Biegeschwingung - an den Stellen, wo die zuletzt genannte Amplitude c auftritt, je ein Ringkolben mit 20 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet und außerdem im Bereich der Walzenmitte ein balkenförmiger Kolben 40. Diese Kolben 20 bzw. 40 werden nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben. Zuvor sei noch darauf hingewiesen, daß eine Schwingungs-Unterdrückung unter Umständen allein durch die Ringkolben 20 oder auch allein durch den balkenförmigen Kolben 40 erreicht werden kann. In Figur 1 sind die Kolben 20 und 40 im Bereich des Druckraumes 16 angeordnet. Stattdessen oder zusätzlich können solche Kolben auch in der gegenüberliegenden Leckraum 17 angeordnet werden. Anstelle eines einzelnen Ringkolbens 20 könnte auch eine Gruppe von wenigstens zwei Ringkolben vorgesehen werden.

Aus uen Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß das Joch 12 zur Aufnahme des Ringkolbens 20 eine kreiszylindrische Ausnehmung 21 aufweist. Auf dessen Grund ruht ein Füllstück 22, das große Teile des Innenraumes des Ringkolbens 20 ausfüllt. Zwischen dem Füllstück 22 und dem Ringkoloen 20 ist eine Druckfeder 23 eingespannt, die den Ringkolben 20 ständig an die Innenfläche des Walzenmantels 11 andrückt. Die am Walzenmantel 11 anliegende Stirnfläche 24 des Ringkolbens 20 ist an die Form

des Walzenmantels angepai3t, um eine möglichst gute Dichtwirkung zu erzielen. Jedoch kann es erforderlich sein, daß in der Stirnfiäche 24 - zwecks Abfuhr von Luftblasen - feine Kerben 25 vorgesehen werden. Zur Führung in der Ausnehmung 21 des Jochs 12 hat der Ringkolben 20 auf seiner Außenseite einen Dichtring 26. Dieser ist derart gestaltet, daß, bei der üblichen Durchbiegung des Jochs 12, der Ringkolben 20 sich relativ zum Joch 12 neigen kann. Abweichend von dieser Bauweise könnte auch - in Anlehnung an die Ausführung gemäß DE-PS 30 11 669 -ein Dichtring zwischen dem Füllstück 22 und der Innenfläche des Ringkolbens angeordnet werden.

Durch das Zentrum des Füllstückes 22 ist ein abgestufter Kanal 27, 27' hindurchgeführt. Darin sind zur Bildung eines Sieherheits-Uberströmventils ein Kugel-Ventilkörper 28 und eine Druckfeder 29 angeordnet. Der zentrale Kanal 27' ist über Querkanäle 30 und 31 mit dem Druckraum 16 verbunden. Die Querkanäle 30 sind Nuten, die in die Grundfläche des Füllstücks 22 eingearbeitet sind. Dagegen handelt es sich bei den Querkanälen 31 um Bohrungen, die durch das Joch 12 verlaufen.

Beim Betrieb der Preßwalze wird die oben beschriebene Biegeschwingung des Jochs durch die im Innenraum 39 des Ringkolbens 20 eingeschlossene Flüssigkeit zumindest weitgehend unterdrückt.

Auf die Notwendigkeit der Entlüftung des Innenraumes 39 wurde schon hingewiesen. Wenn sich der Ringkolben 20 aufgrund der Einbausituation der Preßwalze 10 oberhalb der Walzenachse befindet, können hierzu die schon genannten Kerben 25 vorgesehen werden, gegebenenfalls zusätzlich Entlüftungskanäle, z.B. bei 32. Für den umgekehrten Fall, daf3 nämlich der Ringkolben 20 unterhalb der Walzenachse zu liegen kommt, können im Fuß des Füllstückes 22 Entiüftungs-Kapillaren 33 vorgesehen werden, die in die Querkanäle 30 einmünden. In Figur 2 ist als Beispiel durch den Pfeil 7 die Umlaufrichtung des Walzenmantels 11 angegeben und durch die Pfeile 34 und 35 eine sich im Druckraum 16

einstellende Umlaufströmung. Diese induziert in den Querkanälen 30, 31 eine ständige Querströmung (Pfeile 37), die eventuell in die Kanäle 30 gelangende LuftDlasen abführt.

Bei dem aus Figur 4 ersichtlichen balkenförmigen Kolben 40, der im Querschnitt gesehen wesentlich kleinere Abmessungen aufweist als der Ringkolben 20, erübrigt sich ein dem Füllstück 22 der Figur 2 entsprechendes Bauteil. Der Kolben 40 liegt mit einer rechteckigen Stirnfläche 41 an der Innenfläche des Walzenmantels an. Zur sicheren Führung an diesem können am Kopf des Kolbens 40 einzelne fingerartige Verlängerungen 42 vorgesehen werden, die sich in der Umfangsrichtung aes Walzenmantels 11 erstrecken. Der gesamte Kolben 40 könnte im wesentlichen als Rechteck-Ring ausgebildet sein. In der Zeichnung ist er stattdessen im wesentlichen massiv ausgebildet. In der am Walzenmantel 11 anliegenden Stirnfläche befindet sich eine längliche Ausnehmung 43. Diese ist durch zwei möglichst weite, abgestufte Kanäle 44, 44' mit aer Joch-Ausnehmung 45 verbunden. Eine zwischen Joch und Kolben vorgesehene Dichtung ist mit 46 bezeichnet, desgleichen eine Druckfeder mit 47, ein Querkanal mit 48 und feine Entlüftungskapillaren mit 45. Ein Sicherheitsventil, das dem Sicherheitsventil 28 der Figur 2 entspricht, ist in Figur 4 nicht sichtbar. Es verbindet die Ausnehmung 45, wenn dort ein bestimmter überdruck überschritten wird, mit der Querbohrung 48 oder unmittelbar mit dem Druckraum 16.

23.02.1983 Sh/GKü
0016k/0063k

Claims (1)

1. P 4008 J.M. Voith GmbH

   Kennwort: "Gedämpfte S-Walze" Heidenheim

   Patentansprüche

   1. /Preßwalze (10), die mit einer Gegenwalze (9) zusammenarbei- ^" tet und deren Durchbiegung einstellbar ist, mit den folgenden Merkmalen:

   a) durch einen hohlen, drehbaren Walzenmantel (11) erstreckt sich ein Biegeträger (Joch 12), der mit Hilfe von Jochlagern (13) in feststehenden oder beweglichen Abstützböcken (14) ruht;

   b) in dem zwischen Joch (12) und Walzenmantel (11) befindlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Ringraum (16, 17), vorzugsweise im Bereich der Preßebene (e), ist mit Hilfe eines am Walzenmantel anliegenden und relativ zum Joch beweglichen Kolbens (20; 40) wenigstens eine Flüssigkeitskammer (39; 45) vom Ringraum abgetrennt ;

   c) dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (12) frei von die Fiüssigkeitskammer (39, 45) mit dem Bereich außerhalb der Preßwalze (10) verbindenden Leitungen ist, so daß sich in der Flüssigkeitskammer ein im wesentlichen isoliertes Flüssigkeitspolster befindet.

   2. Preßwalze nach Anspruch 1, worin mehrere vom Ringraum abgetrennte Flüssigkeitskammern vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (12) frei ist von die Fiüssigkeitskammern (39, 45) untereinander verbindenden Leitungen, so daß die in den Flüssigkeitskammern befindlichen Flüssigkeitspolster gegeneinander isoliert sind.

   -J,

   3. Preßwalze nach Anspruch 2, worin die Enden des Walzenmantels (11) mit Hilfe von Mantellagern (15) auf dem Joch (12) abgestützt sind, und die Entfernung (W) zwischen den Manteliagern (15) kleiner ist als die Entfernung (J) zwischen den Jochlagern (13), dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Walzenende, und zwar jeweils etwa in einem Abstand (J/6) vom Jochlager (13), der ungefähr einem Sechstel der Entfernung (J) zwischen den beiden Jochlagern (13) entspricht, wenigstens ein isoliertes Flüssigkeitspolster (39) angeordnet ist.

   4. Preßwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte (y) der Preßwalze ein isoliertes Flüssigkeitspolster (45) angeordnet ist.

   5. Preßwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Flüssigkeitskammer (39; 45) ein Sicherheits-Uberströmventil (28) vorgesehen ist, das nur beim Überschreiten eines bestimmten Überdruckes im Flüssigkeitspolster dieses mit dem Ringraum (16, 17) verbindet.

   6. Preßwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Flüssigkeitskammer (39; 45) zumindest in ihrem - je nach Einbau-Lage der Preßwalze - obenliegenden Bereich über eine Entlüftungs-Kapillare (25, 33; 49) mit dem Ringraum (16, 17) verbunden ist.

   7. rreßwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Flüssigkeitskammer (39; 45) durch das Joch (12) eine Querbohrung (30, 31; 48) hindurchgeführt ist, in die wenigstens eine Entlüftungs-Kapillare (33; 49) einmündet.

   8. Preßwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der am Walzenmantel anliegende Kolben ein Ringkolben (20) ist, in dessen Innerem sich die Flüssigkeitskammer (39) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (12) ein zumindest wesentliche Teile des vom Ringkolben (20) umschlossenen Innenraumes (39) ausfüllendes Bauteil (22) aufweist.

   9. Preßwalze nach einem.der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (40) die Form eines Balkens oder einer Leiste aufweist, der bzw. die sich parallel zur Walzenachse (x) erstreckt.

   23.02.1983 Sh/GKü
   0016k/0063k