DE60014646T2 - Aufhängevorrichtung für eine presswalze - Google Patents

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängungsvorrichtung für eine Walze, wobei die Walze vorzugsweise für eine Druckbehandlung von bahnförmigen Materialien verwendet wird und insbesondere bei der Nasspartie einer Papierherstellmaschine verwendet wird. Die Aufhängungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist so eingerichtet, dass eine Schwingung während des Betriebs der Walze vermieden wird.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Bei der Druckbehandlung von bahnförmigen Materialien, wie beispielsweise Papier oder Karton, wird häufig eine drehbare Walze verwendet, die gegen eine andere drehbare Walze drückt, wodurch ein Druck in dem Spalt zwischen den beiden Walzen erzeugt wird. Der Druckspalt wird verwendet, um beispielsweise ein Bahnmaterial zu entwässern oder um zwei oder mehr Lagen eines zusammengesetzten Bahnmaterials zusammen zu pressen. Beispiele von derartigen Vorrichtungen mit Walzen sind Kalanderwalzen und Walzenpressen.
• Eine Walze hat in herkömmlicher Weise einen ringartigen Walzenmantel, der sich um eine Mittelachse dreht. Die Walze ist normalerweise in einer Welle aufgehängt, die sich aus der Walze heraus an beiden Enden von dieser erstreckt, indem sie in Lagern an einem Aufhängungsarm montiert ist. Der Aufhängungsarm kann dadurch von einer geraden zweiarmigen Hebelart sein, wobei die Walzenwelle in Lagern an einem ersten Ort des Aufhängungsarms in Verbindung mit einem ersten Ende des Arms montiert ist, wobei der Aufhängungsarm selbst in Lagern bei einem Stützaufbau an einem zweiten mittleren Ort des Armes montiert ist und schließlich eine Ausgleichskraft auf den Aufhängungsarm an einem dritten Ort von ihm in Verbindung mit einem zweiten Ende des Armes aufgebracht wird. Typischerweise ist der Aufhängungsarm gestützt an dem zweiten Ort irgendwo zwischen dem ersten und dem dritten Ort entlang des Armes aufgehängt. Der Zweck der Ausgleichskraft, die an dem dritten Ort aufgebracht wird, ist es, die Walze gegen eine benachbarte Walze zu pressen, um einen Spalt oder Pressspalt auszubilden. Die Größe der Ausgleichskraft, die benötigt wird, wird von der Länge der beiden Hebelarme bei dem zweiarmigen Hebel, von dem Gewicht der Walze und von der linearen Belastung in dem Spalt berechnet.
• Jedoch bringt eine Standardgestaltung, wie sie vorstehend beschrieben ist, nicht selten Probleme auf Grund von Schwingungen bei der Walze während des Betriebs mit sich, was zu Qualitätsmängeln der Bahn, die hergestellt wird, oder sogar zu einem frühzeitigen Verschleiß oder zu einem Schaden bei der Maschine führen kann. Die Schwingungen können durch eine Vielzahl an Gründen erzeugt werden, beispielsweise Geschwindigkeitsänderungen der Antriebswalze oder des Getriebes, eine unrunde Oberfläche der Walze, eine sich ändernde Härte / Dicke der Beschichtung einer mit Gummi beschichteten Walze, ein sich ändernder Flüssigkeitsgehalt eines durch den Spalt tretenden "Pressenfilzes", eine sich ändernde Dicke der Papierbahn und dergleichen. Dies bringt mit sich, dass das theoretische Kraftausgleichssystem, das angewendet wird, keine getreue Wiedergabe der tatsächlichen Kräfte bei dem System ist.
• Über die Jahre sind viele Vorschläge gemacht worden, wie die Schwingungsprobleme in Verbindung mit dem Betrieb der Walzen gelöst werden könnten. Der größte Teil der Vorschläge bezieht sich auf verschiedene Vorrichtungen, die die Aufgabe zum Dämpfen der Schwingungen haben. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in den Druckschriften US 3 512 475 ; US 5 730 692 ; US 4 910 842 ; US 5 081 759 ; DE 196 52 769 und EP-B1-0 268 769 gezeigt.
• Aus der Druckschrift DE 42 32 920 ist ein Verfahren bekannt, das eher die Aufgabe zum Vermeiden der Erzeugung von Schwingungen als zum Dämpfen der Schwingungen zu haben scheint. Jedoch bezieht sich dieses letzt genannte Verfahren nicht hauptsächlich auf das Beseitigen von Schwingungen in Verbindung mit Walzen für eine Herstellung einer Papierbahn mit einer außerordentlich geringfügigen Dicke mit beispielsweise 0,1 – 3 mm. Darüber hinaus ist dieses bekannte Verfahren nicht auf die Aufhängung der Walzen gerichtet.
• KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Durch die vorliegende Erfindung wird eine Aufhängungsvorrichtung für eine Papierwalze geschaffen, wobei die Aufhängungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass die Erzeugung von Schwingungen während des Betriebs der Walze vermieden oder zumindest minimal gestaltet wird, was durch eine Aufhängungsvorrichtung für eine Pressenwalze erreicht wird, wobei die Walze einen Spaltdruck für eine Faserbahn mit zumindest einer anderen Walze ausbildet und in Lagern an einem Aufhängungsarm an einem ersten Ort des Aufhängungsarms drehbar befestigt ist, wobei der Aufhängungsarm in einem Stützaufbau an einem zweiten Ort des Arms befestigt ist, wobei der Aufhängungsarm derart angeordnet ist, dass die durch den ersten Ort und den zweiten Ort des Aufhängungsarms tretende Linie im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Linienbelastung ist.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zweite Ort in einer Richtung, die parallel zu der Richtung der Linienbelastung ist, einstellbar und feststehend an dem Stützaufbau angebracht.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Walze für eine Druckbehandlung von bahnförmigen Materialien beispielsweise in der Pressenpartie einer Papierherstellmaschine oder bei einem Kalander verwendet.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die vorliegende Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben.
• 1 zeigt von der Seite eine erste Walze, die bei einem Aufhängungsarm gemäß dem Stand der Technik aufgehängt ist und eine zweite Walze, durch die ein Spalt an der Kontaktfläche zwischen den beiden Walzen ausgebildet wird.
• 2 zeigt die an dem Aufhängungsarm wirkenden Kräfte.
• 3 zeigt die an der Presswalze wirkenden Kräfte.
• 4 zeigt von der Seite eine erste Walze, die in einer bevorzugten Weise in Bezug auf den Aufhängungsarm gemäß der vorliegenden Erfindung aufgehängt ist, und eine zweite Walze, durch die ein Spalt an der Kontaktfläche zwischen den beiden Walzen erzeugt wird.
• DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Mit dem Bezugszeichen 1 in 1 ist eine erste Walze des Standes der Technik gezeigt, wie beispielsweise eine Kalanderwalze, die gegen eine zweite Walze 2 drückt, wodurch ein Druckspalt 3 erzeugt wird. Die erste Walze 1 ist in Lagern an einem ersten Ort 4 innerhalb eines Stützaufbaus 9 montiert, der benachbart zu der Mitte von einem Aufhängungsarm 5 des Standes der Technik montiert ist, wobei der Aufhängungsarm 5 von einer herkömmlichen Gestaltung ist. Der Aufhängungsarm selbst ist in Lagern an einem zweiten Ort 6, d. h. an einer Drehachse montiert, die an einem ersten Ende des Aufhängungsarms positioniert ist. Der Aufhängungsarm 5 kann sich somit um den zweiten Ort in einem Stützaufbau, beispielsweise einem (nicht gezeigten) Rahmen, in dem er aufgehängt ist, drehen. An einem dritten Ort 7 an dem Aufhängungsarm 5 wird eine Kraft F_C normalerweise mittels einer (nicht gezeigten) hydraulischen Baugruppe aufgebracht, die der Kraft M auf Grund der Masse der ersten Walze 1 und der Kraft F_L auf Grund des Drucks in dem Druckspalt 3 entgegenwirkt, d. h. F_L ist eine Gegenkraft, die durch die Belastung erzeugt wird, die durch F_C aufgebracht wird, die entlang einer Linie 10 gerichtet ist, die durch den Spalt und den ersten Ort 4 tritt. Bei dem gezeigten bekannten System ist der zweite Ort 6 an einem zweiten Ende des Aufhängungsarms angeordnet. Im Stand der Technik wird das System, wie dies beispielsweise in 1 gezeigt ist, ausgeglichen, in dem eine Kraft F_C aufgebracht wird, die gemäß dem Gleichgewicht der Kräfte berechnet wird: FC × B = A (FL + M) (a) wobei B die Länge des Hebelarms zwischen der Drehachse an dem zweiten Ort 6 des Aufhängungsarms 5 und dem dritten Arm ist, und A die Länge des Hebelarms zwischen der Drehachse an dem zweiten Ort 6 des Aufhängungsarms 5 und dem ersten Ort ist. Natürlich ist die Walze 1 normalerweise drehbar in zwei Aufhängungsarmen montiert, d. h. einer an jedem Ende von ihr, weshalb die Kräfte für einen Aufhängungsarm genau die Hälfte der Werte der Gesamtkräfte haben.
• Beim Ausgleichen des Systems gemäß der vorstehend dargelegten Gleichung (a) gibt es jedoch häufig erfahrungsgemäß Probleme mit den Schwingungen bei der Walze 1 während des Betriebs, d. h. während der Drehung der Walze 1.
• Nunmehr wurde überraschenderweise herausgefunden, dass durch ein Ausführen eines detaillierteren Gleichgewichts der Kräfte und durch ein Gestalten des Aufhängungsarmes 5 zum Vermeiden des Einflusses von bestimmten Kräften das System ausgeglichen werden kann, um Schwingungsprobleme zu vermeiden.
• Auf Grund kleinerer Mängel, beispielsweise Unregelmäßigkeiten bei der Beschichtung der Walze, Unregelmäßigkeiten bei der Auswuchtung der Walze selbst oder Geschwindigkeitsschwankungen der Antriebswalze und / oder des Getriebes, Variationen bei der Dicke der Bahn, die in dem Druckspalt 3 behandelt wird, unter anderem eine Kraft F_T in dem Spalt verursachen, wobei diese Kraft F_T entlang der Tangente des Spaltes gerichtet ist. Die Kraft F_T hat einen Hebelarm, der der Hälfte des Durchmessers (d. h. r) der ersten Walze 1 entspricht. Sofern die Kraft F_T berücksichtigt wird, wird das Gleichgewicht der Kräfte, die in den 2 und 3 gezeigt sind, folgendermaßen:
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• Definitionen:
• F_L und F_T sind eine Linienbelastung und eine tangentiale Kraft jeweils bei dem Spaltdruck.
• F_C ist die aufgebrachte Kraft auf das System, beispielsweise durch einen hydraulischen Zylinder oder dergleichen.
• R_H und R_V sind Reaktionskräfte bei der Drehachse.
• L_H und L_V sind Reaktionskräfte in dem Lager der Walze.
• M_V ist das Torsionsmoment.
• M ist die Kraft des Gewichts der Walze.
• A, B und C sind geometrische Abstände.
• Es wurde nunmehr erkannt, dass dann, wenn F_C und M Konstanten sind und sich F_T ändert, sich F_L ebenfalls ändern muss, was zu Schwingungen führt. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn es Schwankungen bei der Geschwindigkeit von der Antriebswalze und / oder von dem Getriebe gibt, der die Drehkraft zu der Walze überträgt, da dann lediglich Kräfte, die in einer tangentialen Richtung wirken, d. h. F_T, beeinflusst werden. Jedoch gibt es auch in Verbindung mit den Unregelmäßigkeiten beispielsweise der Bahn lediglich einen unbedeutenden Einfluss von F_C auf Grund von Trägheitskräften, d. h. F_T hat den hauptsächlichen Einfluss in Bezug auf die Ursache von Schwingungen, da F_C im Wesentlichen konstant bleibt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Ausführungsbeispiel von ihr in 4 gezeigt ist, wird verwirklicht, dass der Einfluss der Kraft F_T beseitigt werden kann oder so gut wie beseitigt werden kann, indem ihr Einfluss auf F_L minimal gestaltet wird oder sogar beseitigt wird, was erreicht wird, indem der zweite Ort 6 so gewählt wird, dass C = 0 gestaltet wird. Dem gemäß wird der Aufhängungsarm 5 in 4 so angeordnet, dass die Linie, die durch den ersten Ort und den zweiten Ort 6 des Aufhängungsarmes tritt, senkrecht zu der Richtung 10 der Linienbelastung F_L ist. Wenn der Hebelarm für die Kraft F_T null ist, wird die Kraft F_L des Druckspaltes ebenfalls konstant, wenn FC und F_M konstant sind, wodurch eine Schwingung vermieden wird oder zumindest minimal gestaltet wird.
• Somit ist der Aufhängungsarm 5 gemäß der vorliegenden Erfindung derart gestaltet, dass der zweite Ort 6, an dem der Arm in Lagern montiert ist, nach oben um den Abstand C in Bezug auf seine Position in 1 bewegt wird, wodurch der Hebelarm der Kraft F_T zu null wird.
• Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der dritte Ort 7, d. h. der Ort der Ausgleichskraft F_C an der entgegengesetzten Seite von dem Drehpunkt 6 positioniert, was ermöglicht, dass der Aufhängungsarm im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Aufhängungsarm gerade ist.
• Es ist nicht unüblich, dass Walzen in gewisser Weise nach einer Weile behandelt werden, beispielsweise erneut beschichtet, geschliffen und dergleichen werden. Eine derartige Behandlung ändert natürlich den Durchmesser der Walze. Dem gemäß ist es ein größerer Vorteil, wenn der Befestigungspunkt des Aufhängungsarmes, d. h. der zweite Ort 6 derart einstellbar ist, dass er nach der Behandlung der Walze erneut eingestellt werden kann, um C = 0 erneut einzurichten. Diese Einstellbarkeit kann in vielen verschiedenen Weisen erzielt werden, beispielsweise indem ein Schlitz entweder in dem Rahmenaufbau oder in dem Aufhängungsarm vorhanden ist, innerhalb dem die Drehachse 6 zum Fixieren bewegt werden kann, um die Linie 11 exakt senkrecht zu der Linie 10 zu gestalten.
• Typischerweise bezieht sich die Gestaltung des Aufhängungsarms 5 gemäß der vorliegenden Erfindung auf lineare Belastungen von ungefähr 80 bis ungefähr 100 kN/m. Die Länge der Hebelarme A und B gemäß der vorliegenden Erfindung betragen typischerweise 1000 – 2500 mm bzw. 2000 – 5000 mm.
• Es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend aufgeführte Darlegung beschränkt ist, sondern innerhalb des Umfangs der Ansprüche variiert werden kann. Beispielsweise ist es klar, dass der Aufhängungsarm in vielen verschiedenen Weisen gegenüber dem Stützaufbau positioniert werden kann. Darüber hinaus sollte verständlich sein, dass die Einstellbarkeit in anderen Richtungen außer exakt parallel in Bezug auf die Linienbelastung vorgesehen sein kann, beispielsweise einer Kurve oder einer nicht parallelen Linie folgend.

Claims (7)

1. Aufhängungsvorrichtung für eine Pressenwalze (1), wobei die Walze einen Spaltdruck (3) mit einer Linienbelastung (F_L) für eine Faserbahn mit zumindest einer anderen Walze (2) ausbildet und in Lagern an einem Aufhängungsarm an einem ersten Ort (4) des Aufhängungsarms drehbar befestigt ist, wobei der Aufhängungsarm in einem Stützaufbau an einem zweiten Ort (6) des Arms montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsarm (5) derart angeordnet ist, dass die durch den ersten Ort (4) und den zweiten Ort (6) des Aufhängungsarms tretende Linie (11) im wesentlichen senkrecht zu der Richtung (10) der Linienbelastung (F_L) ist, und die Befestigung an dem zweiten Ort (6) so eingerichtet ist, dass sie in einer Richtung einstellbar ist, die parallel zu der Richtung der Linienbelastung (F_L) ist.
2. Aufhängungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen den Linien (10, 11) zwischen 88 und 92°, vorzugsweise zwischen 89 und 91° ist, wobei ungefähr 90° noch eher bevorzugt wird.
3. Aufhängungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsarm (5) im wesentlichen gerade ist.
4. Aufhängungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungsvorrichtung der Walze (1) durch eine Kraft (F_C) im Gleichgewicht gehalten wird, die im wesentlichen während des Betriebs konstant ist.
5. Aufhängungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass F_C an einem dritten Ort (7) aufgebracht wird und der zweite Ort (6) zwischen dem ersten und dem dritten Ort (4, 7) entlang des Aufhängungsarmes (5) angeordnet ist.
6. Aufhängungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine lineare Belastung von 0,1 kN/m – 500 kN/m, vorzugsweise 80 – 100 kN/m.
7. Aufhängungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) einen Durchmesser von 600 – 2000 mm, vorzugsweise 800 – 1500 mm, hat.