DE3637108A1 - Pressenwalze, die insbesondere zur behandlung einer papierbahn oder dergleichen dient - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zonengeregelte Pressen­ walze, wie z. B. Entwässerungspressen- oder Kalanderwalze einer Papiermaschine, bestehend aus einer nicht drehbaren massiven Zentralachse, auf der ein zylinderförmiger Walzen­ mantel drehbar gelagert ist, wobei zwischen der Zentralachse und der Innenfläche des Walzenmantels eine Zylindergruppen- Belastungskolbenanordnung angebracht ist, deren äußere Bela­ stungskolben zwecks zonenweiser Regelung der Spaltdruckver­ teilung des im Bereich letztgenannter Belastungskolben be­ findlichen Pressenspaltes durch Hydraulikflüssigkeitsdrücke gegen die Innenfläche des Walzenmantels belastbar sind.

In Papiermaschinen kommen mehrere Walzen zur Anwen­ dung, die zusammen mit einer Gegenwalze entwässernde Pressen­ spalte, Ausgleichsspalte oder Kalanderspalte bilden. Bei diesen Verwendungszwecken ist wichtig, daß die Liniendruck­ verteilung des Pressenspaltes, d. h. das Profil in Axialrich­ tung der Walzen konstant bleibt, oder daß sich dieses Profil dem Bedarf entsprechend regeln läßt, um z. B. das Feuchtig­ keitsprofil und/oder das Dickenprofil in Querrichtung der Bahn zu beherrschen. Es sind verschiedene durchbiegungsge­ regelte oder durchbiegungskompensierte Walzen für diesen Zweck bekannt, mit denen angestrebt wird, die Liniendruck­ verteilung im Pressenspalt zu beeinflussen.

Es sind verschiedene durchbiegungskompensierte oder -geregelte Papiermaschinenwalzen bekannt. Diese Walzen be­ stehen im allgemeinen aus einer massiven, stationären Walzen­ achse und einem um diese drehbar angeordneten Walzenmantel. Zwischen genannter Achse und Mantel sind gegen die Innen­ fläche des Mantels wirkende Gleitschuhanordnungen und/oder Druckflüssigkeitskammern angebracht, die in Axialrichtung in mehrere Teile aufgeteilt sind, so daß das axiale Profil im Pressenspalt nach Bedarf korrigiert oder geregelt werden kann. Im allgemeinen werden die von diesen Walzen gebildeten Spalte, wie Pressenspalte und Kalanderspalte durch auf die Wellenzapfen der durchbiegungskompensierten Walze und deren Gegenwalze gerichtete Belastungskräfte belastet. Die vorlie­ gende Erfindung bezieht sich auf solche durchbiegungskompen­ sierte oder -geregelte Walzen, die aus einer Reihe von Gleit­ schuhen bestehen, deren Gleitflächen mit einem an die Gleit­ fläche geführten Preßöl hydrostatisch geschmiert werden.

Bezüglich des die Erfindung betreffenden Standes der Technik wird als Beispiel auf die DE-Patente Nr. 28 38 427 und 30 22 491, das FI-Patent Nr. 59 655 und die FI-Anmeldungen Nr. 2703/73 und 7 60 117 hingewiesen. Von den in durchbiegungs­ kompensierten Walzen verwendeten, gegen die Innenfläche des Walzenmantels wirkenden und mit Druckflüssigkeit belasteten Stütz- und Belastungselementen werden sehr viele und ver­ schiedenartige Funktionen verlangt, deren Integration in dasselbe Element bei den bekannten Anordnungen nicht einwand­ frei gelungen ist. Die von einem genannten Stütz- und Bela­ stungselement verlangten Eigenschaften werden im folgenden listenmäßig angeführt:

• - Die hydrostatische Schmierung des Stützelementes sowie des Belastungskolben/zylinders muß auch bei variierenden Bela­ stungskräften ebenso wie bei Auftreten einer Winkeländerung zwischen Walzenmantel und Innenteil ausreichend gut abge­ dichtet sein,
• - die Belastungskolben des Stützelementes müssen Seitenkräfte aufnehmen, die Reibkräfte sind,
• - die Belastungsvorrichtung des Stützelementes muß als Gelenk arbeiten können, weil die gemeinsamen Lagen des zu stüt­ zenden Mantels und der Zentralwelle bei wechselnden Bela­ stungskräften bedeutend variieren,
• - zum Stützen und Belasten des Mantels muß auf die Kolben des Stützelementes eine ausreichende Radialkraft gerichtet werden, deren Variationsbereich verhältnismäßig groß ist,
• - die Dicke des die Gleitfläche des Stützelementes schmie­ renden Ölfilms muß beherrschbar sein, und
• - die an den Kolben des Stützelementes und der Zentralwelle vorhandene Bohrung muß auch bedeutende Radialbewegungen der Kolben zulassen.

Bei den bekannten Stütz- und Belastungselementen wer­ den die im vorstehenden aufgezählten Funktionen, wenigstens nicht alle davon, nicht in befriedigender Weise verwirklicht. Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, die in den bekannten Vorrichtungen aufgetretenen Nachteile zu vermeiden und für die betreffenden Zwecke eine neue Walzenkonstruktion zu schaffen.

Die bekannten Gleitschuhe von auf hydrodynamischer Schmierung beruhenden durchbiegungskompensierten Walzen hat­ ten z. B. den Nachteil, daß die Schmierung bei kleiner Ge­ schwindigkeit nicht genügend leistungsfähig war. Zum Teil wegen dieses Nachteils wurde bei der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, insbesondere auf hydrostatischen Gleit­ schuhen beruhende zonengeregelte Walzen weiter zu entwickeln.

Wie im vorstehenden deutlich wurde, ist eine allgemein verwendete Konstruktion einer zonengeregelten Pressenwalze derart ausgeführt, daß die Zylinder der gegen die Innenfläche des rotierenden Mantels wirkenden Preßkolben bezüglich der massiven Zentralachse stationär sind, wobei die genannten Zylinder im allgemeinen aus in der Zentralachse angebrachten Bohrungen gebildet werden. Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß sich mit dem Durchbiegen der Zentralachse auch Lage und Richtung der Zylinder verändern, was sich wiederum als Rich­ tungs- und Lagenänderungen auf die Belastungskolben der Zy­ linder auswirkt. Diese Änderungen schwächen ihrerseits den geschmierten Gleitkontakt zwischen den Kolben und dem rotie­ renden Zylindermantel. Zur Beseitigung dieses Problems wurden eine Reihe verschiedener Dichtungs- und Gelenksysteme zwi­ schen den Belastungskolben und deren Zylindern erfunden, die jedoch alle durch eine komplizierte Konstruktion und funk­ tionelle Mängel gekennzeichnet waren.

Bei der vorliegenden Erfindung wird bei der Lösung der betreffenden Probleme von völlig anderen Prinzipien aus­ gegangen als bei bekannten Walzen.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer zonenmäßig durchbiegungskompensierten Walze, bei der die im vorstehenden erwähnten Nachteile nicht auf­ treten und die Walze in ihrer Konstruktion und in ihrer Funk­ tion, insbesondere bezüglich der Anordnung der Abdichtung zwischen den Belastungskolben und deren Zylindern, einfach und betriebssicher ist.

Zur Erreichung der im vorstehenden genannten und weiter unten deutlich werdenden Ziele ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch,
daß die genannte Zylindergruppen-Belastungskolbenanordnung aus einer in der axialen Nut der Zentralachse angebrachten langförmigen Zylindergruppe besteht, die in bezug auf die Zentralachse eine gesonderte Komponente ist, und
daß die genannte Zylindergruppe hauptsächlich nur an ihren beiden Enden mit speziellen Halterungsanordnungen an der Zentralachse abgestützt wird.

Da die Zylindergruppen in der Erfindung nur an den Enden an der Zentralachse gehalten werden, wirkt sich die Durchbiegung der Zentralachse nicht auf die Zylindergruppen aus. Aufgrund dessen stehen die Belastungskolben während des Betriebes immer senkrecht zum Walzenmantel. Daher brauchen die Belastungskolben nicht schräg zu und zwischen ihnen und der Zylindergruppe keine besonderen Dichtungs- und Gelenk­ anordnungen zu sein, die in bekannten Lösungen unentbehrlich waren.

Bei erfindungsgemäßer Verwendung einer separaten Zen­ tralachse und Zylindergruppe, können diese Teile aus ver­ schiedenen Werkstoffen hergestellt werden, die genau für den Einsatzzweck der betreffenden Komponente geeignet sind. Au­ ßerdem ermöglicht die Erfindung, daß schon im Betrieb befind­ liche zonengeregelte Pressenwalzen in den erfindungsgemäßen Zustand modernisiert werden können, indem von der Walze die teure Zentralachse und der Walzenmantel gespart werden und die Walze mit neuen Zylindergruppe(n) und Belastungskolben bestückt wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestelltes Aus­ führungsbeispiel, auf dessen Einzelheiten die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße zonengeregelte Pressenwalze in axialem Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Walze entlang der in Fig. 1 eingetragenen Linie II-II.

Fig. 3 zeigt nach Art von Fig. 2 den Querschnitt III-III.

Nach Fig. 1 bis 3 besteht die zonengeregelte Pressen­ walze, z. B. Entwässerungspressenwalze oder Kalanderwalze einer Papiermaschine, aus einem auf einer stationären, mas­ siven Achse 12 drehbar gelagerten Mantel 10, der eine glatte oder gerillte Außenfläche 10′ und eine Innenfläche 10′′ hat. Der Mantel 10 ist mit Lagern 11 a und 11 b drehbar auf der Achse 12 gelagert, über deren Wellenzapfen 12 a und 12 b die Walze gegen die Gegenwalze (nicht gezeigt) belastet wird, um den Preßdruck im Pressen- oder Kalanderspalt zu bilden. Zwi­ schen der Achse 12 und der Innenfläche 10′′ des Mantels 10 verbleibt ein bezüglich der Durchbiegungen genügend großer Zwischenraum 13. Zur Beherrschung der Preßdruckverteilung des genannten Spaltes sind an der Zentralachse 12 zwei entgegen­ gesetzte Reihen Belastungskolben 18 a und 18 b angebracht, die nacheinander in einer Reihe in Axialrichtung angeordnet sind. Die Anordnung und Halterung der Belastungskolben 18 a und 18 b und deren Zylinder 20 a, 20 b an der Zentralachse 12 ist neu und im wesentlichen anders als bei entsprechenden bekannten Anordnungen.

An einander entgegengesetzten Seiten der Zentralachse 12 befinden sich in Längsrichtung verlaufende Nuträume 14 a und 14 b, in denen langförmige Zylindergruppen 15 a und 15 b angeordnet sind, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Walzenmantels 10 erstrecken. In den Zylindergruppen 15 a und 15 b befinden sich in der aus Fig. 1 und 3 ersichtli­ chen Weise in gleichmäßigen Abständen Zylinderbohrungen 20 a und 20 b, in welche die Belastungskolben 18 a und 18 b druck­ dicht eingepaßt sind. Kommen entgegengesetzte Zylindergruppen 15 a und 15 b zum Einsatz, werden diese an beiden Enden mit Armen 16 a, 16 b und 24 a, 24 b untereinander abgestützt. Die genannten Arme 16 a, 16 b und 24 a, 24 b verlaufen mit genügend großem Spiel durch Radialbohrungen 22 a, 22 b und 25 a, 25 b der Zentralachse 12. Die äußeren Arme 16 a und 16 b sind in ihrer Mitte an Querarmen 17 a und 17 b befestigt, die mit Lagern 29 a und 29 b an der Zentralachse 12 abgestützt werden. Über die auf diese Weise gebildeten Kreuzarme 16 a, 17 a und 16 b, 17 b werden die Zylindergruppen 15 a und 15 b an beiden Enden an der Zentralachse 12 abgestützt und befestigt. Die Zwischen­ arme 24 a und 24 b sind nicht an der Zentralachse 12 befestigt.

In den Zylinderbohrungen 20 a und 20 b befinden sich außer den genannten Belastungskolben 18 a und 18 b Gegenkolben 19 a und 19 b, die sich über zylinderförmige Gelenkstücke 21 a und 21 b im Bereich der Böden der Nuten 14 a und 14 b der Achse an der Zentralachse 12 abstützen.

Auf die im vorstehenden beschriebene Weise wurde eine Konstruktion geschaffen, in der die langförmigen Zylinder­ gruppen 15 a und 15 b völlig unabhängig von der Durchbiegung der Zentralachse 12 sind. In Fig. 1 ist die Mittellinie der durchgebogenen Zentralachse 12 als strichpunktierte Linie T-T mit zwei Punkten und die nicht durchgebogene Mittellinie der Zentralachse 12 als Linie K-K dargestellt.

In die Zylinderräume zwischen den Kolben 18 a, 19 a und 18 b, 19 b wird in an sich bekannter Weise Preßöl geleitet, um die Belastungskolben 18 a, 18 b gegen die Innenfläche 10′′ des Mantels 10 zu pressen. Durch die Belastungskolben 18 a und 18 b verlaufen Schmierungskanäle 27, die sich in die Schmierkam­ mern 26 der Kolbengleitfläche öffnen, wo das austretende Öl die gemeinsame druckbelastete Gleitfläche der Belastungskol­ ben 18 a, 18 b und der Innenfläche 10′′ hydrostatisch schmiert.

In die Druckräume zwischen den Kolben 18 a, 19 a und 18 b, 19 b wird Hydrauliköl geleitet, entweder durch die Gelen­ ke 21 a, 21 b oder die in den Zylindergruppen 15 a, 15 b vorhan­ denen Bohrungen. In den Abbildungen sind nicht die an sich bekannten Vorrichtungen dargestellt, mit denen der Druck des in die einzelnen Zylindergruppen 15 a, 15 b geleiteten Öles zur Regelung des Walzenmantelprofils separat geregelt werden kann.

Die Bewegung der Belastungszylinder 18 a und 18 b von der Zentralachse 12 nach außen ist durch Halteringe 28 begrenzt derart, daß die Zylindergruppen 15 a und 15 b als elastische langgestreckte Stücke in einem gewissen Maß der Durchbiegung des Mantels 10 folgen derart, daß auch in außer­ gewöhnlichen Betriebssituationen zwischen den Belastungskol­ ben 18 a und 18 b sowie der Innenfläche 10′′ des Mantels 10 bezüglich der Schmierung ein genügender Preßdruck erzeugbar ist.

Im Zusammenhang mit den zur hydrostatischen Schmierung der Belastungskolben 18 a, 18 b verwendeten Anordnungen, von denen im vorstehenden nur schematisch die Ölkanäle 27 und die Kammern 26 der Gleitflächen gezeigt sind, können alle sich als nützlich erwiesenen bekannten Anordnungen verwendet wer­ den. Die Belastungskolben 19 a, 19 b sind im Querschnitt zweck­ mäßig rund, ebenso wie die entsprechenden Zylinderbohrungen 20 a, 20 b, aber in Spezialfällen können auch andere Kolben- Zylinder-Querschnittsformen zum Einsatz kommen, obschon fer­ tigungstechnisch und seitens der Abdichtung im allgemeinen runde Querschnitte am günstigsten sind.

Damit die Nuten 14 a, 14 b die einer hohen Biegungsbean­ spruchung ausgesetzte Zentralachse 12 möglichst wenig schwä­ chen, werden die Nuten 14 a, 14 b so schmal und flach wie mög­ lich ausgeführt. Zur Minimierung der Querschnittsfläche der Nuten 14 a, 14 b gelangt man wiederum durch geeignete und mög­ lichst dichte Verteilung der Belastungskolben 18 a und 18 b.

In Fig. 1 und 3 ist eine Ausführung der Erfindung gezeigt, bei der die Zylinder 20 a und 20 b in beiden Zylinder­ gruppen 15 a und 15 b in einer Reihe liegen, die in Richtung der Längsachse der Walze verläuft. Es können auch andere Zylinderanordnungen innerhalb der Zylindergruppe verwendet werden, wie z. B. zwei oder mehr parallele Zylinderreihen und in diesen Reihen können die Zylinder in ihren Gruppen im Zick-Zack liegen derart, daß ein möglichst großer Flächen­ anteil der Zylindergruppen auf den Zylinderanteil entfällt und die Zylindergruppen auch aus diesem Grunde elastisch werden.

In Fig. 1 bis 3 sind zwei an der Zentralachse 12 der Walze einander entgegengesetzt angebrachte Nuten 14 a und 14 b gezeigt, wobei in beiden eine Zylindergruppe 15 a, 15 b vor­ handen ist. Natürlich kann die Erfindung auch derart ausge­ führt werden, daß die Zentralachse 12 nur eine Nut hat, in der sich nur eine Zylindergruppe befindet. Dabei entfallen naturgemäß diejenigen Teile, mit denen die entgegengesetzten Zylindergruppen 15 a und 15 b untereinander verbunden werden. Außerdem gehören in den Rahmen der Erfindung auch solche Ausführungen, bei denen die eine Zylindergruppe, z. B. 15 a über die volle Länge und die andere kürzer, z. B. aus zwei kurzen Stücken bestehend ausgeführt ist, wobei die Stücke in Nähe der beiden Enden des Mantels 10 angeordnet sind. Natur­ gemäß können auch mehr als zwei zusammen arbeitende Zylinder­ gruppen und eine Reihe in diesen angebrachter Kolben 18 a, 19 a, 18 b, 19 b verwendet werden.

Claims (10)

1. Zonengeregelte Pressenwalze, wie z. B. Entwässe­ rungspressen- oder Kalanderwalze einer Papiermaschine, be­ stehend aus einer nicht drehbaren massiven Zentralachse (12), auf der ein zylinderförmiger Walzenmantel (10) drehbar ge­ lagert (11 a, 11 b) ist, wobei zwischen der Zentralachse (12) und der Innenfläche (10′′) des Walzenmantels (10) eine Zylin­ dergruppen-Belastungskolbenanordnung (15 a, 15 b, 18 a, 18 b, 19 a, 19 b) angebracht ist, deren äußere Belastungskolben (18 a, 18 b) zwecks zonenweiser Regelung der Spaltdruckverteilung des im Bereich letztgenannter Belastungskolben (18 a, 18 b) befind­ lichen Pressenspaltes durch Hydraulikflüssigkeitsdrücke gegen die Innenfläche (10′′) des Walzenmantels (10) belastbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die genannte Zylindergruppen-Belastungskolbenanordnung aus einer in der axialen Nut (14 a, 14 b) der Zentralachse (12) angebrachten langförmigen Zylindergruppe (15 a, 15 b) besteht, die in bezug auf die Zentralachse (12) eine geson­ derte Komponente ist, und
daß die genannte Zylindergruppe (15 a, 15 b) hauptsächlich nur an ihren beiden Enden mit speziellen Halterungsanordnungen (16 a, 17 a, 29 a, 16 b, 17 b, 29 b) an der Zentralachse (12) ab­ gestützt wird.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindergruppe (15 a) eine Reihe radial zur Walze verlau­ fender Zylinderbohrungen (20 a, 20 b) oder dergleichen enthält, wobei in jeder von diesen wenigstens zwei Kolben angebracht sind, von denen sich der innere Kolben (19 a) über ein Gelenk­ stück (21 a, 21 b) an der Zentralachse (12), zweckmäßig im Bo­ denbereich ihrer genannten Nut (14 a, 14 b), abstützt und daß die äußeren Kolben (18 a, 18 b) der genannten Zylinder (20 a, 20 b) eine die Innenfläche (10′′) des Walzenmantels (10) bela­ stende Gleitschuhanordnung bilden, die mit Preßöl, das aus dem zwischen den Kolben vorhandenen druckführenden Raum durch die äußeren Kolben (18 a, 18 b) durchlaufende Bohrungen (27) und Schmierkammern (26) geleitet wird, hydrostatisch ge­ schmiert wird.

3. Walze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zentralachse (12) der Walze eine axial verlau­ fende Nut (14 a) hat, in der sich eine im wesentlichen über die ganze Länge der Nut erstreckende Zylindergruppe (15 a) befindet.

4. Walze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zentralachse (12) zwei einander entgegengesetzte Nuten (14 a, 14 b) hat, wobei sich in beiden davon eine Zylin­ dergruppe (15 a, 15 b) befindet, wovon mindestens eine im wesentlichen über die ganze Länge der genannten Nut (14 a) reicht, während sich die andere über die ganze Länge der Nut (14 b) oder über einen Teil der Länge, z. B. in Nähe der Enden des Walzenmantels (10) über eine kurze Strecke erstreckt.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Nähe der Walzenenden radiale Bohrungen (22 a, 22 b) oder dergleichen befinden, durch welche Stangen oder derglei­ chen (16 a, 16 b) gesteckt sind, die die einander entgegenge­ setzten Zylindergruppen (15 a, 15 b) miteinander verkoppeln und daß an den genannten Stangen (16 a, 16 b) Querstangen oder dergleichen (17 a 17 b) befestigt sind, die mit Lagern (29 a, 29 b) an der Zentralachse (12) in Nähe der Achsenden abge­ stützt sind.

6. Walze nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die einander entgegengesetzten Zylindergruppen (15 a, 15 b) zwischen deren Zentralachshalterung mit einer oder meh­ reren durch Bohrungen (25 a, 25 b) der Zentralachse hindurch­ gehenden Stangen (24 a, 24 b) oder dergleichen untereinander abgestützt werden.

7. Walze nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die genannten inneren Kolben (19 a, 19 b) am Boden der Nut oder der Nuten (14 a, 14 b) der Zentralachse mit zy­ linderförmigen Stücken (21 a, 21 b) abgestützt werden, deren Zylinderachsrichtung senkrecht zur Zentralachse der Walze verläuft.

8. Walze nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß sich in der Zylindergruppe oder jeder der -gruppen (15 a, 15 b) eine Reihe von Zylindern (20 a, 20 b), zweckmäßig mit gleichen Abständen, befindet.

9. Walze nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß sich in der Zylindergruppe oder in jeder der -grup­ pen (15 a, 15 b) zwei oder mehr Reihen von Zylindern, möglichst im Zick-Zack zueinander angeordnet, befinden.

10. Walze nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß beide Kolben (18 a, 18 b) Einrichtungen (28) haben, die die verhältnismäßig elastische Zylindergruppe (15 a, 15 b) dazu zwingen, den beiden Kolben (18 a, 18 b) zu folgen, wenn diese dem Walzenmantel (10) in radialer Richtung über eine bestimmte Lage hinaus folgen.