DE4202731C2 - Preßmantel für eine Schuhpresse - Google Patents

Preßmantel für eine Schuhpresse

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Description

Die Erfindung betrifft einen Preßmantel für eine Schuhpresse; dies ist eine Preßeinrichtung, die einen Preßschuh aufweist. Beim Betrieb der Preßeinrichtung gleitet der umlaufende Preßmantel über den Preßschuh; dabei drückt dieser den Preßmantel gegen eine Gegenwalze. Die Gleitfläche des Preßschuhes ist in der Regel konkav geformt, so daß zwischen dem Preßmantel und der Gegenwalze ein in Umlaufrichtung verlängerter Preßspalt vorhanden ist. Der Preßmantel kann schlauchförmig und an seinen beiden Enden geschlossen sein. In der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen umfaßt der Begriff "Preßmantel" jedoch auch ein endloses und seitlich offenes Preßband, das ebenfalls zwischen einem Preßschuh und einer Gegenwalze einen verlängerten Preßspalt bildet und außerhalb des Preßspaltes vorzugsweise über Leitwalzen umläuft.
Die Erfindung geht aus von einem Preßmantel mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen, die aus DE 40 22 800 C1 bekannt sind.
Bei Schuhpressen entsteht in der Schmiermittelschicht (Ölfilm) zwischen dem umlaufenden Preßmantel oder Preßband und dem feststehenden Preßschuh Reibungswärme, die im Schmiermittel - und durch dieses auch im Preßmantel - eine Temperaturerhöhung verursacht. Die Reibungswärme wird mit dem Schmiermittel aus der Preßzone heraustransportiert und muß diesem entzogen werden, bevor der Preßmantel wieder in die Preßzone einläuft.
Je geringer die geförderte Schmiermittelmenge ist, desto höher steigt dessen Temperatur an (Gefahr der Minderung der Lebensdauer des Preßmantels), desto größer werden außerdem die Temperaturunterschiede im Preßmantel über dessen Breite, falls die Schmiermittelschichtdicke nicht gleich groß ist.
Die Erfindung befaßt sich deshalb mit dem Problem, möglichst viel Schmiermittel durch den Spalt zwischen Preßmantel und Preßschuh hindurch zu fördern. Damit sollen die Lebensdauer des Preßmantels erhöht und eventuelle Temperaturunterschiede über die Breite des Mantels minimiert werden.
Aus der US-PS 4,482,430 ist ein Preßband bekannt, in dessen Innenfläche - zum Zwecke des Schmiermitteltransports - Ausnehmungen eingegossen oder mechanisch eingearbeitet sind. Die Ausnehmungen haben eine beträchtliche Tiefe (Größenordnung mehrere Millimeter). Das Bandmaterial ist elastisch verformbar (kompressibel), so daß die Ausnehmungen beim Betrieb durch Druckeinwirkung plattgedrückt werden. Nachteile dieser bekannten Lösung sind:
  • - Hohe Herstellungskosten;
  • - eine beträchtliche Dicke des Preßbandes, somit hohe Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung; dies führt - insbesondere bei der 3-dimensionalen Krümmung an den Schuhenden - zu starker Abnützung des Preßbandes;
  • - Wegen der beträchtlichen Tiefe der Ausnehmungen besteht die Gefahr, daß sich in der Schmiermittelschicht Turbulenzen bilden, die erhöhte Reibung verursachen. Die Folge ist, daß für eine derartige Preßeinrichtung eine relativ hohe Antriebsleistung erforderlich ist und daß zusätzliche Reibungswärme entsteht.
  • - Aus der Kompressibilität des Bandmaterials resultiert eine relativ geringe Festigkeit und ein relativ geringer Elastizitäts-Modul, also ein relativ geringer Widerstand gegen Dehnung.
  • - Schließlich resultiert aus der beträchtlichen Tiefe der Ausnehmungen eine relativ hohe Umfangs-Spannung an der tiefsten Stelle jeder Ausnehmung; hier können also bei einer zu hohen Beanspruchung Risse entstehen.
  • - Wohl könnte das bekannte System theoretisch bei niedriger Geschwindigkeit funktionieren, nämlich dann wenn der Preßschuh unendlich lang wäre. In Wirklichkeit muß jedoch berücksichtigt werden, daß der Preßschuh eine endliche Länge hat und daß an den Preßschuh-Enden die folgenden Probleme auftreten: bei Vorhandensein von durchgehenden achsparallelen und tiefen Rillen wird die Schmiermittelschicht zerstört, weil Schmiermittel seitlich abfließen kann. Bei Vorhandensein von taschenförmigen Vertiefungen besteht die Gefahr, daß die zwischen den Taschen vorhandenen Stege an den Preßschuh-Enden seitlich herausgequetscht werden, so daß die Innenseite des Preßmantels in den Bereichen der Preßschuh-Enden schon nach relativ kurzer Zeit zerstört wird.
Der Erfindung liegt die folgende Aufgabe zugrunde: Der aus DE 40 22 800 C1 bekannte Preßmantel soll - unter Beibehaltung seiner geringen Dicke und seiner hohen Biege-Weichheit in Umfangsrichtung - derart weiterentwickelt werden, daß er mit möglichst geringem Herstellungsaufwand in der Lage ist, mehr Schmiermittel als bisher durch den Preßspalt hindurchzufördern. Dies soll auch in den Bereichen der beiden Preßschuh-Enden ermöglicht werden, ohne daß der Preßmantel eine zusätzliche mechanische Belastung erfährt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfinder haben folgendes erkannt:
Durch Wahl von Längsfäden, die in besonderer Weise gestaltet oder beschaffen sind, ist es möglich, die Innenfläche des elastomeren Mantelmaterials wellig zu gestalten und hierbei eine sehr geringe Wellentiefe zu erzielen, die aber für die Schmierung gleichwohl wirksam ist.
Die angestrebte Wellung der Innenfläche des Mantelmaterials läßt sich durch Annwendung zweier Grundprinzipien verwirklichen:
Zum einen kann das Material der Längsfäden entsprechend gestaltet werden, daß die Längsfäden kompressibel sind. Dies kann beispielsweise durch Ausbildung der Längsfäden als Schläuche geschehen, oder durch Gestaltung der einzelnen Längsfäden als genügend voluminöse, weiche gezwirnte Multifilamente.
Zum anderen kann ein besonderes Material für die Längsfäden gewählt werden. So können die Längsfäden beispielsweise aus nicht-quellfähigem Material bestehen, das keinerlei Flüssigkeit aufnimmt und demgemäß sich auch nicht ausdehnt, im Gegensatz zum Material des Mantels.
Allen Lösungen ist gemeinsam, daß zumindest während des Betriebes der Preßeinrichtung (Schuhpresse) an der Innenseite des Preßmantels feine flache Längsrillen, die sich quer zur Laufrichtung erstrecken, vorhanden sind. Mit anderen Worten: Die Mantelinnenseite hat eine feine wellige Struktur. Der Höhenunterschied zwischen Wellenberg und Wellental ist so dimensioniert, daß er in der Größenordnung der zu erwartenden kleinsten Schmiermittelschichtdicke oder darunter liegt. Die Teilung (Abstand Wellental zu Wellental) beträgt hingegen ein Vielfaches der kleinsten Schmiermittelschichtdicke. Die mittlere Schmiermittelschichtdicke liegt sowohl für hydrostatisch geschmierte als auch für hydrodynamisch geschmierte Preßschuhe im Bereich von 0,01 bis 0,2 mm (selten bis 0,25 mm). Demgemäß beträgt die bevorzugte Tiefe der Längsrillen (maximaler Höhenunterschied zwischen Wellenberg und Wellental) = 0,01 bis 0,2 mm. Die bevorzugte Teilung (Entfernung Tal zu Tal) beträgt hingegen 1 bis 5 mm. Die Teilung ist also ungefähr 20 bis 100 mal größer als die Tiefe der Längsrillen.
Verglichen mit dem Gegenstand der US 4 482 430 ergibt sich folgendes: Gemäß der Erfindung ist die Tiefe der Längsrillen um ein bis zwei Zehnerpotenzen kleiner; außerdem sind die Längsrillen (oder "Wellentäler") wesentlich flacher. Hierdurch wird sichergestellt, daß - beim Durchlauf des Preßmantels durch die verlängerte Preßzone - die Schmiermittelschicht im laminaren Zustand bleibt. Mit anderen Worten: Es wird mit Sicherheit vermieden, daß es in den Längsrillen zu einer Zirkulationsströmung kommt oder daß Turbulenz entsteht. Hierdurch wird das Entstehen zusätzlicher Reibungswärme mit Sicherheit vermieden. Im Ergebnis kann also erwartet werden, daß sich die Lebensdauer des Preßmantels erhöht und daß die erforderliche Antriebsleistung für die Preßeinrichtung auf dem bisherigen relativ niedrigen Niveau bleibt. Zu diesem günstigen Ergebnis trägt u. a. die Tatsache bei, daß das elastomere Mantelmaterial des Preßmantels - im Gegensatz zur US 4 482 430 - im wesentlichen inkompressibel ist. Dies hat zur Folge, daß die relativ flachen Längsrillen beim Durchlauf durch die Preßzone nicht plattgedrückt werden. Folglich findet in den Bereichen der beiden Preßschuh-Enden im wesentlichen kein seitliches Abströmen von Schmiermittel aus den Längsrillen statt. Ein vorzeitiger Verschleiß des Preßmantels in diesen Zonen ist somit nicht zu erwarten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die früher beobachteten Temperaturunterschiede im Preßmantel über dessen Breite verschwinden oder zumindest wesentlich geringer sind als früher. Dies ist auf die wesentlich größere durch die Preßzone geförderte Schmiermittelmenge zurückzuführen.
Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen ist die feine wellige Struktur der Innenseite des Preßmantels von Anfang an vorhanden und erkennbar, also schon vor dem Einbau des Preßmantels (oder Preßbandes) in die Schuhpresse. Sie entsteht hier also unmittelbar bei oder kurz nach der Herstellung des Preßmantels.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen der Erfindung entsteht die feine wellige Struktur der Innenseite des Preßmantels erst eine gewisse Zeit nach dessen Herstellung, in einigen Fällen erst beim Betrieb der Schuhpresse.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Preßmantels kann vorzugsweise wie bisher entsprechend den Angaben der WO 88/08897 und der DE-PS 40 22 800 erfolgen. Insbesondere die Einrichtung zum Aufspannen der Längsfäden auf einem Gießzylinder sowie das Aufgießen des Mantelmaterials und das Einwickeln der Umfangsfäden sind dort im einzelnen beschrieben; diese Beschreibungen werden deshalb hier nicht wiederholt. Die Herstellungskosten für den Preßmantel sind also wie bisher relativ gering. Außerdem bleibt die bisherige geringe Dicke (und somit hohe Biegeweichheit) des Preßmantels erhalten.
WO 88/08897 erwähnt zwar auch "gezwirnte Verstärkungsfäden" - siehe dort Seite 12. Im weiteren ist jedoch von monofilen Einzelfäden die Rede. Solche Einzelfäden wären für die Zwecke der Erfindung untauglich, da nicht kompressibel. Außerdem geht es dem Urheber jener Schrift offenbar gerade darum, eine Kompressibilität zu vermeiden, denn er führt auf derselben Seite aus, daß mit den monofilen Fäden Lufteinschlüsse vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Langspalt-Preßeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Preßmantel.
Die Fig. 2 zeigt ein vergrößertes Detail A aus Fig. 1, nämlich ein Teilstück des Preßmantels mit welliger Innenseite.
Die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht auf ein Teilstück eines Preßmantels mit den darin befindlichen Verstärkungsfäden.
Die Fig. 4-6 und 6A zeigen je ein Preßmantel-Teilstück, dessen Innenseite noch glatt ist.
Die Fig. 7 zeigt, wie die Innenseite des Preßmantels nach Fig. 4 oder 5 beim Betrieb eine wellige Struktur annimmt.
Die wesentlichen Elemente der in Fig. 1 dargestellten (und überwiegend bekannten) Preßeinrichtung oder "Schuhpresse" sind ein stationärer Tragkörper 11 (von dem nur ein kleiner Teil sichtbar ist), ein mehrteiliger Preßschuh 13, der parallel zu einer Preßebene E verschiebbar ist und eine Gegenwalze 15. Der Preßschuh 13 ist unterteilt in ein Unterteil 14 und ein Oberteil 16. Das Unterteil 14 ist als Kolben in einer Druckkammer 12 angeordnet (gebildet als eine Ausnehmung des Tragkörpers 11 und begrenzt durch Dichtleisten, die in Dichtleistenträgern 18 und 19 ruhen). Das Oberteil 16 hat eine überwiegend konkave, an die Form der Gegenwalze 15 angepaßte Gleitfläche, über die ein Preßmantel 10 gleitet. Das Preßschuh-Oberteil 16 bildet zusammen mit der Gegenwalze 15 einen sogenannten "verlängerten" Preßspalt, der in der (durch einen Pfeil P gekennzeichneten) Laufrichtung die Länge b hat. Außer dem Preßmantel 10 läuft durch den Preßspalt ein Filzband (oder Pressensiebband) 21, außerdem zwischen diesen beiden eine Papierbahn 20, die durch eine gepunktete Linie angedeutet ist. Falls erforderlich wird zwischen Papierbahn 20 und Preßmantel 10 ein zweites Filzband (nicht dargestellt) durch den Preßspalt geführt.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist vorgesehen für einen schlauchförmigen und an seinen beiden Enden durch Manteltragscheiben geschlossenen Preßmantel. Außerhalb des Preßspaltes läuft der Preßmantel 10 auf einer im wesentlichen kreisförmigen Umlaufbahn, deren Mittelpunkt mit 9a und deren Radius mit R bezeichnet ist (die Drehachse 9a des Preßmantels 10 ist gegenüber der Mittelachse 7a des stationären Tragkörpers 11 versetzt angeordnet). Am Einlauf in den Preßspalt hat das Preßschuh-Oberteil 16 eine Verlängerung 17, die einen gerundeten Übergang bildet von der kreisförmigen Umlaufbahn zu dem konkaven Teil der Gleitfläche. Ein ähnlicher gerundeter Übergang ist am Auslauf aus dem Preßspalt vorgesehen. Durch den in der Druckkammer 12 herrschenden Druck wird der Preßschuh 13 in Richtung zur Gegenwalze 15 gepreßt.
Die Dicke d des Preßmantels 10 beträgt ungefähr (Größenordnung) 3 bis 6 mm. Der Außendurchmesser des Preßmantels (also das Doppelte der Summe von Radius R und Dicke d) liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1,5 m. In einem Sonderfall kann er auch kleiner als 1,0 m sein. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind die schon genannten Manteltragscheiben, an denen die beiden Enden des Preßmantels 10 befestigt sind und die um die Drehachse 9a drehbar gelagert sind. Anstelle der Manteltragscheiben können Leitwalzen vorgesehen sein, falls der Preßmantel als ein endloses und seitlich offenes Preßband ausgebildet ist.
Die Fig. 2 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt aus dem Preßmantel 10 (Detail A der Fig. 1). Man erkennt das elastomere Mantelmaterial 22 (z. B. Polyurethan), und die darin vollkommen eingebetteten Verstärkungsfäden 23 und 24. Es sind dies die Längsfäden 23, die sich parallel zur Drehachse 9a erstrecken und die Umfangsfäden 24, die stets die äußere Fadenlage bilden, also auf die innen liegenden Längsfäden 23 aufgewickelt sind. Der Durchmesser f der Umfangsfäden 24 beträgt nur ungefähr 1/4000 bis 1/1000, in dem genannten Sonderfall bis 1/500 des Außendurchmessers D des Preßmantels 10. Bezogen auf die Fig. 1 ist D = 2(R+d).
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Anzahl der Umfangsfäden 24, bezogen auf ein Einheitsflächenstück, wesentlich größer ist als die Anzahl der Längsfäden 23. Beispielsweise kann die Anzahl der Umfangsfäden 24 drei mal größer sein als die Anzahl der Längsfäden 23. Die letzteren bestehen (bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2) aus einem quellfähigen Werkstoff; d. h. ihr Durchmesser e ist ursprünglich und während der Fertigung des Preßmantels kleiner als in Fig. 2 dargestellt.
Nach der Fertigstellung des Preßmantels kann eine Nachbehandlung der Innenseite stattfinden, bei der eine Flüssigkeit (z. B. Öl oder Wasser) durch das Mantelmaterial hindurch diffundiert und in die Längsfäden 23 eindringt.
Hierdurch vergrößert sich deren Durchmesser e und die Innenseite nimmt eine wellige Kontur an. Es sind also nunmehr Wellentäler oder "Längsrillen" 26 vorhanden und dazwischen Wellenberge 27. Die in Fig. 2 übertrieben dargestellte Höhendifferenz t, d. h. die Tiefe der Längsrillen 26, beträgt im allgemeinen zwischen 0,01 und 0,2 mm. Gemäß Fig. 2 liegt jede der Längsrillen 26 zwischen zwei Längsfäden 23 (weil die quellenden Längsfäden 23 die Wellenberge 27 bilden). Die Abstände (a) zwischen den Längsfäden 23 sind gleichgroß wie die Abstände zwischen den Mittelebenen der Längsrillen 26.
Allerdings ist zu beachten, daß die zuvor beschriebene Nachbehandlung nicht in allen Fällen notwendig ist. Man kann den Preßmantel 10 zunächst auch mit noch glatter Innenfläche in die Schuhpresse (z. B. Fig. 1) einbauen. Das Aufquellen der Längsfäden 23 und das Bilden der Längsrillen 26 findet dann während der Anfangsphase des Betriebes statt mit Hilfe einer Flüssigkeitskomponente des Schmiermittels, das in bekannter Weise kontinuierlich der Innenseite des Preßmantels 10 zugeführt wird.
In Fig. 4 sind statt quellfähiger Längsfäden schlauchförmige Längsfäden 23A vorhanden, in Fig. 5 Längskanäle 23B (die durch Herausziehen von Längsfäden entstanden sind. In Fig. 6 und 6A hat die Außenseite des Preßmantels 10′ Längsrillen 25. In diesem Fall ist, wie oben schon erwähnt, zwischen dem Preßmantel 10′ und der Papierbahn ein Filzband (oder Pressensiebband) vorzusehen. In Fig. 6A ist ein Gewebe 24a vorgesehen anstelle der Umfangsfäden 24.
In allen diesen Fällen ist die Innenseite des Preßmantels zunächst weitgehend glatt, nimmt aber während des Betriebes unter dem im Preßspalt herrschenden Druck zunehmend wellige Kontur an (siehe Fig. 7), wobei z. B. die schlauchförmigen oder gezwirnten Längsfäden 23A bzw. die Längskanäle 23B plattgedrückt werden. Die in Fig. 7 dargestellte Konfiguration, bei der jeder Längsfaden 23A in der Mittelebene einer Längsrille 26A liegt, kann auch dadurch entstehen, daß normale, nicht quellfähige (also im wesentlichen formstabile) Längsfäden und ein quellfähiges oder ein bei Wärme-Zufuhr expandierendes Mantelmaterial 22 verwendet werden.
Anstelle von zusammendrückbaren Längsfäden 23A können gezwirnte Längsfäden verwendet werden (z. B. lockere Multi-File) deren Querschnittsfläche durch Aufbringen einer Druckbeanspruchung in der Preßzone verkleinert wird. Anstelle der Umfangsfäden 24 kann ein feines Gewebe vorgesehen werden. In allen Figuren ist die Laufrichtung s des Preßmantels durch einen Pfeil P gekennzeichnet.
Die Welligkeit der Oberfläche des Preßmantels 10 ist vollkommen oder überwiegend auf der dem Preßschuh 16 zugekehrten Seite konzentriert, nicht auf der anderen Seite, die der Papierbahn 20 zugekehrt ist.

Claims (10)

1. Preßmantel (10) für eine einen Preßschuh aufweisende Preßeinrichtung, die insbesondere zum Entwässern oder Glätten einer Materialbahn (z. B. Papierbahn 20) dient, mit den folgenden Merkmalen:
der Preßmantel (10) hat eine Außenfläche und eine über den Preßschuh gleitende Innenfläche und ist gebildet aus einem elastomeren Mantelmaterial (22) und aus zwei Lagen von Verstärkungsfäden (23, 24), nämlich einer inneren Lage und einer äußeren Lage;
die innere Lage wird durch Längsfäden (23) gebildet, die sich beim Betrieb der Preßeinrichtung ungefähr parallel zur Drehachse (9a) des Preßmantels (10) erstrecken;
die äußere Lage ist gebildet aus einem Gewebe oder aus Umfangsfäden (24), die schraubenlinienförmig gewickelt sind und die sich beim Betrieb der Preßeinrichtung ungefähr in der Laufrichtung des Preßmantels (10) erstrecken;
die Verstärkungsfäden (23, 24) sind allseitig von der elastomeren Materialschicht (22) umhüllt, die homogen, d. h. aus einem einzigen Guß hergestellt ist;
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Längsfäden (23) sind derart gestaltet oder beschaffen, daß spätestens beim Betrieb des Preßmantels dessen Innenfläche gewellt ist.
2. Preßmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der Wellen höchstens 0,25 mm beträgt.
3. Preßmantel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) 0,01 bis 0,2 mm beträgt.
4. Preßmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleiche Abstände (a) zwischen benachbarten Längsrillen (26) und zwischen benachbarten Längsfäden (23) vorgesehen sind (a = ca. 1-5 mm).
5. Preßmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Längsrille (26) zwischen zwei Längsfäden (23) liegt. (Fig. 2)
6. Preßmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Längsfaden (23A) in der Mittelebene einer Längsrille (26A) liegt. (Fig. 7)
7. Preßmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfäden (23) aus quellfähigem Material bestehen.
8. Preßmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfäden (23A) kompressibel sind.
9. Preßmantel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfäden (23A) schlauchförmig sind.
10. Preßmantel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfäden (23A) multifile Stränge sind.
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