DE3617139C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollwalze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Voll­ walze mit Füllmaterialscheibe ist aus der GB-PS 7 25 762 bereits bekannt. Dort werden die Endköpfe lediglich mit Muttern gegen die Füllmaterialscheiben gepreßt, wobei die Gefahr besteht, daß sich nachteilig Lufthohlräume zwischen den Füllmaterialscheiben ausbilden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß die Entstehung von Hohlräumen (Lufthohlräumen) zwischen der Füllung und der Welle mit deren schädlichen Auswirkungen und Nachteilen für die Walzenfunktion vermieden wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Beim Kalandern (Satinieren) werden zwei Grundkategorien von Walzen eingesetzt: 1) geschliffene, polierte und ver­ chromte Stahlwalze, die für besondere Zwecke graviert werden und 2) Vollwalzen mit einer Füllung, die sich nach Art des gewünschten Endeffektes, den Arbeitstemperaturen und -drücken richtet.

Eine Art von Kalanderwalzen besteht aus einer Welle und einem diese umgebenden Hauptkörper aus Papier oder Tuch, zusammengesetzt aus einem Stapel von Füllern oder Scheiben, wobei der Stapel hydraulisch zusammengepreßt wird, um eine im wesentlichen feste zylindrische Form zu erzielen. Bei der Bildung von Walzen werden diese weiterhin mit einander gegenüberliegenden metallischen Endköpfen versehen, die mittels Muttern an ihrer Stelle gehalten werden und zwischen denen der Stapel in zusammengedrücktem Zustand gehalten wird. Die zusammengepreßte Walze wird gegebenenfalls geschliffen und fertigbearbeitet, um eine glatte und harte Außenfläche zu erzielen.

Die Füller aus Papier oder Tuch werden in Scheiben- oder Achteckform in Übergröße von etwa ½″ über dem beabsich­ tigten Durchmesser der Fertigwalze zugeschnitten und die Endköpfe wurden bemessen, um sie dem beabsichtigten Durch­ messer der Fertigwalze anzupassen.

Die inneren Öffnungen in den Füllern wurden gewöhnlich so bemessen, daß ein Festsitz zwischen Füller und Welle von 2616,2 mm × 0,089 mm geschaffen wird, wobei beim Pressen einer Walze Hohlräume zwischen Füller und Welle auftreten.

Es ist bekannt, ein Epoxydharz in die Hohlstellen oder -räume zwischen Füllern und Welle zu pumpen. Es ist auch bekannt, die mittleren Öffnungen der Füller etwas kleiner als der empfohlene Festsitz zu bemessen, dann die Füller auf einer Welle von kleinerem Durchmesser vorzuspannen, dann die Füller zu entnehmen und sie im vorgespannten Zustand auf die endgültige Welle zu bringen.

Bei der Erfindung werden Füller vorgesehen, die eine Übergröße um 1,27 cm im Außendurchmesser aufweisen, d. h. sie liegen über der Größe des beabsichtigten Durchmessers der fertigen Walze. Die Endköpfe haben ebenfalls Übergröße im Außendurchmesser um ca. 62 cm und ragen über den Außen­ durchmesser der Füller mit Übergröße hinaus.

Wo Scheiben mit achteckiger Ausbildung verwendet werden können, haben sie Übergröße um ¹/₄″ gemessen bis zu den Ecken des Achteckes, um sicherzustellen, daß das gesamte Füllmaterial während des Walzenaufbaues zusammengepreßt wird. Auch hier erhalten die Endköpfe eine Übergröße im Durchmesser um ¹/₄″ und ragen über den Außendurchmesser der Füller hinaus.

Nach früheren Techniken ermöglicht das nicht zusammen­ gepreßte Papier oder Tuch außerhalb der zylindrischen Ebene zwischen den Umfangskanten der einander entgegen­ gesetzten Endköpfe ein Dehnen des Papiers oder Tuches von der Welle weg mit einer darauffolgenden Ballung oder Materialverdrängung an der äußeren Umfangskante des Füllers, sobald ein Zusammenpressen eintritt.

Demgegenüber neigt im Prozeßverlauf die Papier- oder Tuchfüllung in wünschenswerter Weise zum Dehnen radial einwärts zur Welle hin.

Bei der Montage wird der innere Kern oder die Welle lot­ recht in einer hydraulischen Presse angeordnet, wobei die Welle von einem Kolben aus nach oben ragt, auf dem sie sitzt, sowie mit einem unteren Endkopf und am unteren Ende der Welle verschraubten Muttern.

Die Papier- oder Tuchscheiben werden vorgeschnitten, so daß ihre Außendurchmesser größer sind als der beabsichtigte Durchmesser der Fertigwalze, jedoch kleiner als die Außen­ durchmesser der gegenüberliegenden Endköpfe. Die mittleren Öffnungen der Scheiben sind von derselben Größe wie der Wellenaußendurchmesser oder haben leichte Übergröße.

Die Scheiben sind in sogenannte Maßsprünge unterteilt, so daß sie auf einmal der Welle übergeschoben werden können, wobei der Baustapel entsprechend der Stellung jedes Maß­ sprunges zweckmäßig zusammengepreßt wird. Wenn jeder Maß­ sprung so eingestellt ist, wird der obere Endkopf seiner­ seits in die aufgeschobene Lage auf der Welle gebracht, wozu eine Preßkraft auf ihn und auf den Stapel ausgeübt wird.

Wenn genügend viele Füller auf der Welle zusammengepreßt worden sind, um die gewünschte richtige Walzenlänge zu erreichen, wird das obere Ende durch den Endkopf und die Muttern auf dem oberen Wellenende verriegelt. Die äußere Walzenfläche wird dann maschinell (spanabhebend) bearbeitet, um den gewünschten fertigen Walzendurchmesser zu erreichen.

Die Walzenmaße richten sich nach Durchmesser und Länge nach verschiedenen Faktoren einschl. der Betriebsart, in welcher der Einsatz erfolgt, nach der Ausbildung des Gerätes, in dem der Einbau vorgesehen ist, und schließlich nach der Art der Fertigbearbeitung, die damit zu erzielen erwünscht ist.

Zwei Arten von Fasermaterial werden im allgemeinen zum Füllen verwendet, wobei die eine eine ungerichtete oder laminierte Materialbahn und die andere eine gerichtete Materialbahn darstellt. Beim Pressen einer gerichteten Papierbahn dehnt sich der Innendurchmesser nach innen bis zur Form eines Ovals aus. Um dies zu vermeiden, wird das Papier gewöhnlich unregelmäßig gedreht. Dies bedeutet, daß jedes Blatt des Stapels vom vorhergehenden, nächst­ liegenden Blatt um einige Grad versetzt wird. Ein solches Drehen bewirkt oft eine Verdrehung der Papiersäule unter Druck. Wenn die Säule nicht dicht auf der Welle anliegt, wird das Papier einfach verdreht, wenn es gepreßt wird. Bei dichter Anlage auf der Welle, um dadurch die Ver­ drehung zu verhindern, entstehen Restkräfte, wenn die Walze geschlossen wird, und in Verbindung mit dem Fest­ sitz des Papiers auf der Welle, kann Papierriß am Kern bewirkt werden. Statt sie zu verdrehen, werden die Blätter so zusammengetragen, daß jedes Blatt um 90° zum vorher­ gehenden Blatt versetzt wird, d. h. sie wechseln quer zur Maschinenrichtung.

Bezugnehmend auf die frühere Technik wird infolge der unter dem axialen Zusammenpressen erzeugten gewaltigen Kräfte manchmal ein Lufthohlraum zwischen der Füllung und der Welle mit schädlichen Auswirkungen und Nachteilen für die Walzenfunktion. Schlimmer noch ist, daß eine physische Beseitigung des Lufthohlraumes äußerst schwer zu erreichen sein kann.

Versuche haben ergeben, daß Füller nach der früheren Technik, die einer Welle übergeschoben und zusammengepreßt werden, dazu neigen, sich von der Welle wegzudehnen.

Die Druckkraft wird auf die Füllung so ge­ führt, daß nunmehr diese Kraft hauptsächlich an einer Stelle ausgeübt wird, die radial vom Wellenumfang abgesetzt ist und die Welle ringsum umgibt.

Eine solche Stelle oder Ring definiert den Schwerpunkt, durch welchen die erzeugte Druckkraft konzentriert wird.

Die Stelle oder die kreisförmige Berührungslinie (geome­ trischer Ort) wird gemessen nach der Oberfläche der Scheiben und ist örtlich so festgelegt, daß ein Ring gebildet wird mit innerhalb und außerhalb etwa gleich großen Flächen.

Dies bedeutet, daß die Berührungslinien der beiden ein­ ander gegenüberliegenden Endköpfe lotrecht fluchten und erleichtern so die Konzentration der ausgeübten Druckkraft entlang einem Schwerpunkt, der durch die Berührungslinien bestimmt wird. Diese Berührungslinie ist radial vom Wellen­ umfang abgesetzt und umgibt diesen. Die Berührlinie verläuft entlang einer Kreisebene, die lotrecht zu den entgegenge­ setzten Endköpfen fluchtet, wobei die Oberfläche des Stapels außerhalb der Kreisebene der Berührlinie praktisch gleich der Oberfläche des Stapels innerhalb der Kreisebene ist.

Gerade diese strategische Lage der Berührlinie verleiht der Struktur Stabilität, so daß die Endköpfe oder Ringe nicht kippen oder während des Zusammenpressens verformt werden.

Die Ausbildung der Berührlinie oder Ort wird bestimmt durch eine Winkellage der Außenfläche jedes Endkopfes radial außerhalb. Innerhalb des Ortes bestimmt die Außen­ fläche jedes Endkopfes eine deutliche Ausgangswinkellage, welche dann in eine horizontale Fläche übergeht, die sich radial einwärts bis zum Umfang der mittleren Öffnung des Endkopfes erstreckt. Bei Beendigung des Walzenaufbaues können die Außenflächen jedes Endkopfes auf eine abgeflach­ te Oberfläche bearbeitet werden.

Frühe Erprobungen offenbarten Verformungen in den End­ köpfen oder Ringen infolge der Stärke der erzeugten Druck­ kräfte, so daß man zu einer negativen Neigung ihrer Innen­ flächen, d. h. den Innenseiten, welche den Füllern direkt gegenüberliegen, Zuflucht nahm, wobei die Neigungen in einem Winkel zur Welle verlaufen. Die gewünschte Konizität wurde in der Größenordnung zwischen Tangens 0,00833 und Tangens 0,05000 festgelegt. Bei solcher negativer Konizität entwickelte die erzeugte Druckkraft eine radial einwärts gerichtete Komponente, welche die Füller einwärts zur Welle hin drückte, wobei die vorerwähnte Biegung der Endköpfe vermieden wurde.

Die weitere Entwicklung gab Anlaß zu der Bestimmung, daß die Kraft in einem Ring oder Ort der Endköpfe konzentriert werden sollte. Dieser Ort sollte die Welle umgeben und lotrecht mit einer gedachten Kreisebene durch die Füllung fluchten, wo die Oberfläche des Füllers außerhalb der Ring­ ebene praktisch gleich der Oberfläche des Füllers inner­ halb der Ebene sein würde.

Die Erfindung wird nun eingehender in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der gefüllten Walze nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Walze nach Fig. 1;

Fig. 3 eine maßgleiche, bruchstückartige Ansicht eines Endes der Welle mit darauf übergeschobenen Füllern;

Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine vergrößerte, bruchstückartige Schnittansicht einer Walze, mit einem Endkopf mit einer Innen­ seite in negativ geneigter Ausbildung;

Fig. 6 eine kleinmaßstäbliche Schnittansicht einer Walze während der Konstruktion, welche die Walze im Zu­ stand des Aufbaues mit den Füllern an ihrer Stelle auf der Welle, die einander gegenüberliegenden Endköpfe in ihrer Lage und den Druckkolben und Preßblock in Preßstellung zeigen;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine fertiggestellte Walze mit einem fertigbearbeiteten Endkopf und

Fig. 8 eine schematische Ansicht, welche die Wirkung der Massenverdrängung in Füllern, wie sie bei älteren Walzenbautechniken auftritt, darstellt.

Die Füller werden zuerst so ausgestanzt, daß der Innen­ durchmesser eines jeden vorzugsweise einen Paßsitz in Originalgröße ergibt oder etwas Übergröße in bezug auf den Durchmesser einer Welle 2. Die Füller, wie sie die Fig. 3 zeigt, veranschaulichen einen geringen Raum (Abstand) zwischen der Scheibenöffnung und dem Wellenumfang, jedoch ist der Innendurchmesser jeder Scheibe vorzugsweise der­ selbe wie der Durchmesser der Welle 2.

Die Scheiben werden stapelweise über die Welle geschoben, wie aus Fig. 6 hervorgeht.

Beim Walzenbau wird die Walze lotrecht nach oben durch eine Preßvorrichtung gestützt, auf dem sie sitzt und eine Mutter N wird auf der Welle verschraubt, um dieselbe unter Schließ­ druck zu halten.

Ein unterer Endkopf 4 ist mit der Welle 2 oberhalb von der Mutter N verschraubt. Der Endkopf wird von der Mutter N mittels einer Vielzahl von Druckstücken S in Abstand ge­ halten, die auf die Welle geschoben und dazwischen ver­ teilt werden.

Der untere Endkopf ist so ausgebildet, daß er auf seiner äußeren, unteren Fläche einen Ort oder Vorsprung L be­ stimmt, wobei die Mantelfläche außerhalb des Ortes mit 4 a und die Mantelflächen innerhalb des Ortes mit 4 b bezeichnet wird, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Die radial auswärts vom Vorsprung L sich erstreckende Schräge 7 a ist unter einem Winkel vom Vorsprung angeordnet.

Die Anlagefläche 7 b unmittelbar radial innerhalb vom Vor­ sprung L ist unter einem spitzen Winkel vom Vorsprung an­ geordnet und geht an ihrem anderen Ende in eine horizontale ebene Anlagefläche 7 c über, die sich radial einwärts bis zur mittleren Öffnung 7 d des Endkopfes erstreckt.

Die Scheiben 6 werden auf der Welle 2 in kleinen Zuwächsen aufgebaut, wobei jeder Zuwachs zusammengepreßt wird, ehe ein darauffolgender Zuwachs darüber angeordnet wird.

Bei jedem solchen Schritt im Aufbau wird der obere Endkopf 4 an seiner Stelle über dem Stapel angebracht und eine Schließmutter N wird darüber aufgesetzt.

Ein Druckstück PR wird dann der Welle übergeschoben und die Preßvorrichtung PA wird dann nach unten in eine Preß­ stellung zum Preßring geführt.

Der obere Endkopf 4 ist in gleicher Weise ausgebildet, so daß an seiner äußeren unteren Fläche der Ort oder Vor­ sprung L mit einer Mantelfläche 4 a, außerhalb des Ortes und einer Mantelfläche 4 b innerhalb des Ortes bestimmt wird.

Die Schräge 7 a erstreckt sich radial auswärts vom Vorsprung L und befindet sich unter einem Winkel und die Schräge 7 b erstreckt sich unmittelbar radial innerhalb des Vorsprungs L und liegt unter einem spitzen Winkel gegenüber dem Vor­ sprung, wobei sie an ihrem anderen Ende in eine horizontale Anlagefläche 7 c übergeht, die sich radial einwärts zur mittleren Öffnung 7 d des Endkopfes erstreckt.

Die Preßvorrichtung PA wird dann angelegt, um gegen den gegenüberliegenden Endkopf für das Zusammenpressen zu sorgen.

Nach jedem Zusammendrücken jedes Zuwachses bzw. Maßsprungs wird die Preßvorrichtung zurückgezogen und der Preßring, die Mutter und der obere Endkopf werden entfernt, um das Anlegen des nächsten Scheibenzuwachses zu ermöglichen, welcher der Welle übergeschoben und oben auf die zuvor zusammengedrückten Füller des Stapels gelegt wird, während der Preßring und Endkopf mit Mutter wieder in ihre Stellung zurückgebracht werden und der nächste Preßschritt folgt.

Der Außendurchmesser jedes Endkopfes muß etwas größer sein als der Außendurchmesser der Scheiben, wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist.

Die Innenfläche 2 jedes Endkopfes 4 weist eine konkave Seitenfläche oder negative Konizität auf.

Die Konizität verändert sich entsprechend der Dichte des gebrauchten Füllermaterials. Die Konizität müßte zwischen Tangens 0,05000 im Falle von Materialien geringster Dichte und Tangens 0,00833 im Falle von Materialien größter Dichte schwanken. Dies bedeutet, daß der Winkel vorzugsweise in dem Maße abnimmt, wie die Dichte zunimmt.

Wird der gegenüberliegenden Seite jedes Endkopfes diese Konizität oder negative Neigung erteilt, so wird die axiale Druckkraft auf die Füller eine radiale Komponente entwickeln, die einwärts zur Welle gerichtet ist. Dies bedeutet, da die Scheiben durch Druck in die Richtung der Längsachse der Welle beansprucht werden, daß die zur Walzenachse hin ge­ neigten Druckflächen zum Drücken der Füller nach einwärts dienen.

Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, daß der Vorsprung L koaxial und äquidistant zur Mittelachse der Tragwelle 2 liegt. Der Vorsprung L teilt den Endkopf in etwa flächen­ gleiche Kreisringe, wobei der Kreisring radial außerhalb des Vorsprungs L etwa gleich dem Kreisring radial inner­ halb des Vorsprungs L ist.

Es wurde festgestellt, daß optimale Ergebnisse erzielt werden, wenn die Konizität der Innen- und Außenflächen vom Vorsprung L jeweils das 0,58fache der Dimension C in Fig. 5 beträgt.

In Fig. 8 wurde das Problem der älteren Technik mit dem sogenannten Materialverdrängungseffekt dramatisiert, das nunmehr mit der Erfindung überwunden wird.

Es wird die Kraft am Außendurchmesser der Füller entfernt, welche den Materialverdrängungseffekt der Füller verur­ sacht. Gemäß den Lehren der älteren Technik werden zwei Kräfte gebildet: 1) die Außenkraft der Füller 6′, wenn sie Entlastung an ihrem Außendurchmesser vom Übergang aus einem zusammengepreßten zu einem nicht zusammengepreßten Zustand, woraus sich der Materialverdrängungseffekt er­ gibt, suchen, und 2) die normale lotrecht gerichtete Kraft oder Axiallast, wie sie durch den Druck erzeugt wird. Dies bedeutet, daß das nicht zusammengedrückte Papier oder Tuch außerhalb der zylindrischen Fläche, die zwischen den Um­ fangskanten der einander entgegengesetzten Endköpfe 4′ begrenzt werden, eine Streckung des Papiers oder Tuches von der Welle 2′ weg ermöglicht, wobei sich eine Ballung oder Materialverdrängung an den äußeren Umfangskanten des Füllers bei eintretendem Druck ergibt.

Claims (3)

1. Vollwalze, bestehend aus einer Welle, einem Stapel von auf die Welle aufgeschobenen Füllmaterialscheiben und aus den Stapel beidseits abschließenden Endköpfen, deren zu den Scheiben weisende Innenfläche konkav ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der Endköpfe (4) größer sind als die Außendurchmesser der Füllmaterialscheiben (6), und daß die Außenflächen der Endköpfe (4) jeweils einen zur Welle (2) konzentrischen, kreisförmigen Vorsprung (L) zur Anlage an Druckstücke (S, PR) einer Preßvorrichtung (P, PA) haben, wobei die kreisförmigen Vorsprünge (L), projiziert auf die Scheiben (6), deren Fläche in zwei etwa gleich große Teile teilen.

2. Vollwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Außenflächen der Endköpfe (4) vom kreisförmigen Vorsprung (L) radial nach innen über eine Schräge (7 b) in eine Anlagefläche (7 c), die mit der Welle (2) einen rech­ ten Winkel einschließt, übergeht.

3. Vollwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Außenfläche der Endköpfe (4) vom kreisförmigen Vorsprung (L) radial nach außen kegelstumpfartig (Schräge 7 a) ausgebildet ist.