DE60115977T2

DE60115977T2 - Biegsame Rolle mit einer Verbundschale

Info

Publication number: DE60115977T2
Application number: DE60115977T
Authority: DE
Inventors: Juha ISOMETSÄ; Tuomo Kurkela; Jorma Snellman
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: EP1134441B1; FI106741B; DE60115977D1; US20010023224A1; FI20000619A0; EP1134441A3; CA2340870A1; JP2002031128A; CA2340870C; ATE313728T1; EP1134441A2; US6592503B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, die gebogen werden kann, mit einem Verbundmantel, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, siehe die Druckschrift WO-A-99/09 329.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, die mit einem kontinuierlichen röhrenartigen Mantel aus einem Verbundmaterial versehen ist. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften des Materials einer Verbundwalze, wie beispielsweise das Elastizitätsmodul und die Dichte, kann die Verbundwalze so dimensioniert werden, dass sie zu der erwünschten Krümmung durch ein moderates Moment gebogen werden kann und so dass sie entweder bei einer unterkritischen Geschwindigkeit d.h. unterhalb der niedrigsten Resonanzfrequenz oder zwischen Resonanzfrequenzen funktionieren wird. Wenn es erwünscht ist, eine Stahlwalze zu einer erwünschten Krümmung zu biegen, ohne übermäßige Spannungen mit sich zu bringen, muss der Walzendurchmesser sehr klein sein. Hierbei müssen ein oder mehrere kritische Walzengeschwindigkeiten unvermeidbar überschritten werden.
Bei einer Stahlwalze ist das für das Biegen erforderliche Biegemoment außerdem erheblich höher als bei einer Verbundwalze, wodurch die Biegekräfte der Stahlwalze ebenfalls erheblich höher als bei einer Verbundwalze sind.
Die Druckschrift WO99/09 329 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zeigt eine Walze, die für ein bahnartiges Material gebogen werden kann. Die Walze hat einen kontinuierlichen röhrenartigen Walzenmantel aus einem Verbundmaterial und auch Achslager, die mit jedem Ende des Walzenmantels verbunden sind. Die Achslager sind mit zumindest einem Stützpunkt an einem Montageflanschaufbau angebracht, der an dem Maschinenrahmen montiert ist. Außerdem hat die Walze einen Biegemechanismus, der für ein Biegen der Achslager und in dieser Weise des Walzenmantels zu einer Form eines Bogens verwendet wird, und eine Steuervorrichtung, die für ein Steuern der Winkelposition von dem Walzenbogen verwendet wird.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine einfache Alternative in Bezug auf die Lösungen, die in der vorstehenden WO-Druckschrift der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung aufgezeigt sind.
Die hauptsächlichen kennzeichnenden Merkmale der Walze gemäß der vorliegenden Erfindung sind in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definiert.
Der Walzenaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung ist sehr einfach und er benötigt geringfügige Wartung. Aufgrund seines einfachen Aufbaus ist die Walze leicht herzustellen und sind ihre Kosten vorteilhaft. Außerdem erleichtert der einfache Aufbau die Wartung der Walze.
Die Walze gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als eine Breitstreckwalze in einer Papiermaschine oder Kartonmaschine angewendet werden.
Nachstehend ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht lediglich auf die Einzelheiten dieser Zeichnungen beschränkt sein.
1 zeigt eine schematische grundsätzliche Ansicht, wobei ein kontinuierlicher röhrenartiger Walzenmantel durch ein Moment gebogen wird, das an beiden Enden von dem Walzenmantel aufgebracht wird.
2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht von einem Endseitenbereich der Walze gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von dem Endseitenbereich der in 2 gezeigten Walze.
4 zeigt eine schematische Ansicht von oben von dem Endseitenbereich der in 2 gezeigten Walze.
5 zeigt eine schematische Ansicht von einer Abwandlung des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels.
1 zeigt eine grundsätzliche Ansicht von einer Walze, die mit einem Mantel 11 aus einem Verbundmaterial versehen ist und mit Achslagern 12 versehen ist. Durch das Aufbringen von Biegemomenten M₁, M₂ auf die Achslager 12, die sich an den Walzenenden befinden, kann der Walzenmantel 11 zu der erwünschten Krümmung gebogen werden. Das Moment M₁ kann sich von dem Moment M₂ unterscheiden, wodurch das Voranschreiten der an dem Walzenmantel 11 weitergehenden Bahn in die Richtung der Walzenachse gerichtet werden kann.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Walze gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt von einem Endflächenbereich der Walze. Die Walze besteht aus einem kontinuierlichen röhrenartigen Walzenmantel 11 aus einem Verbundmaterial, wobei an jeder Endfläche oder Endseite von diesem Achslager 12 sitzen, die sich zusammen mit dem Mantel 11 drehen und von der Endfläche des Mantels 11 vorragen. Jedes Achslager 12 wird durch Lager 14, 15 gedreht, die bei einem Abstand voneinander in der Richtung X-X der Walzenachse angeordnet sind. Ein im Wesentlichen röhrenartiges Stützelement 13 sitzt um das Achslager 12 herum. Das Lager 14, das am weitesten innen in Bezug auf die Endfläche des Walzenmantels 11 angeordnet ist, ist an seinem Innenumfang an dem Achslager 12 und an seinem Außenumfang an der Innenfläche des Stützelementes 13 gestützt. Das Lager 15, das am weitesten außen in Bezug auf den Walzenmantel 11 angeordnet ist, ist an seinem Innenumfang an dem schmaler gestalteten Außenende von dem Achslager 12 und an seinem Außenumfang an einem Biegemechanismus 20, 21 gestützt, der in das Stützelement 13 über einen Stützring 17 eingepaßt ist. Das Stützelement 13 ist an seinem Außenumfang an dem Innenlager 14 an einem Montageflansch 16 gestützt, der für seinen Teil an dem Maschinenrahmenaufbau R montiert ist. An der Außenseite von dem Achslager 12 an der Maschinenwartungsseite ist die äußere Endfläche von dem Stützelement 13 durch eine äußere Endflächenwand 13a geschlossen. An der Antriebsseite von der Maschine kann eine Walzenantriebswelle durch die äußere Endflächenwand 13a hindurch angeordnet werden. An der inneren Endfläche von dem Stützelement 13 befindet sich eine innere Endflächenwand 13b, die eine Öffnung hat, deren Größe dem Querschnitt des Achslagers 12 gleich ist und die an dem Achslager 12 versiegelt oder abgedichtet werden kann. Zwischen den Endflächenwänden 13a, 13b ist die Form von dem Stützelement 13 im Wesentlichen zylindrisch. Die Endflächenwände 13a, 13b können verwendet werden zum Schließen des Innenraumes von dem Stützelement 13.
Der Biegemechanismus 20, 21 besteht hierbei aus einem Zapfen 21, der an einem Stützring 17 montiert ist, der den Außenumfang von dem Außenlager 15 umgibt, und der mit einem Außengewinde versehen ist und sich durch das Stützelement 13 erstreckt, und aus einer Mutter 20, die an dem Zapfen 21 außerhalb von dem Stützelement 13 sitzt. Unter Verwendung der Mutter 20, die an der Außenfläche von dem Stützelement 13 gestützt ist, kann eine Kraft in der radialen Richtung auf das Außenlager 15 aufgebracht werden, wobei durch diese Kraft das Außenlager 15 in Bezug auf die Mittelachse X-X von der ungebogenen Walze gebogen d.h. gebeugt wird, wobei das innere Lager 14 als der Drehpunkt fungiert. Somit muss ein derartiges Lager 14 hierbei angewendet werden, das sowohl ein Rotieren des Achslagers 12 als auch die für das Biegen erforderliche Drehbewegung ermöglicht. Anstelle von einem Lager 14 ist es möglich, zwei konzentrische übereinander angeordnete Lager anzuwenden, wodurch das innere Lager das Rotationslager ist, wohingegen das äußere Lager das Drehlager ist. Durch die Anwendung eines Schraubenelementes 20 zum Aufbringen der erwünschten Biegemomente auf die Achslager 12, die sich an beiden Enden von dem Walzenmantel 11 befinden, ist der Walzenmantel 11 so gestaltet, dass er sich zu der erwünschten Krümmung biegt.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht von der Walzenendseite, die in 2 gezeigt ist. Die Zeichnung zeigt das Achslager 12, das äußere Lager 15, den Stützring 17, das Stützelement 13, die Mutter 20, den Zapfen 21 und den Montageflansch 16. Der Montageflansch 16 besteht aus zwei Hälften 16a, 16b, die aneinander angebracht werden können. Die untere Hälfte 16b von dem Montageflansch 16 ist an dem Maschinenrahmenaufbau R montiert.
4 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf die Walzenendfläche, die in 2 gezeigt ist. Die Mutter 20 ist an der Außenfläche von dem Stützelement 13 gestützt und der Zapfen 21 ist in der axialen Richtung in einem Schlitz 22, der in dem Stützelement 13 ausgebildet ist, so gestützt, dass der Zapfen 21 in dem Schlitz 22 in der Umfangsrichtung des Stützelementes 13 bewegt werden kann. Die Zeichnung zeigt außerdem Montageschrauben 100, 101 zwischen den beiden Hälften 16a, 16b des Montageflansches 16.
Die Winkelposition von der Längsachse des Zapfens 21 bestimmt die Winkelposition der Krümmung des Mantels 11. In der in 3 gezeigten Situation, bei der die Winkelposition des Zapfens 21 0° beträgt, biegt sich der Mantel 11 direkt nach unten, wenn das Achslager 12 durch den Zapfen 21 und durch die Mutter 20 nach oben gezogen wird, wodurch die Winkelposition von der Krümmung des Mantels 11 ebenfalls 0° beträgt. In einer Stillstandsituation kann die Winkelposition von der Krümmung des Mantels 11 in einer derartigen Weise reguliert werden, dass die Montageschrauben 100, 101 zwischen den beiden Hälften 16a, 16b des Montageflansches 16 gelockert werden, wodurch das Stützelement 13 in der Umfangsrichtung so gedreht werden kann, dass die Längsachse von dem Zapfen 21 in der erwünschten Winkelposition angeordnet wird. Diese Regulierung kann angewendet werden für ein Ausführen einer Grobsteuerung der Winkelposition von der Krümmung des Mantels 11. Eine Feinsteuerung von der Winkelposition der Krümmung des Mantels 11 wird ausgeführt, indem die Mutter 20 gelockert wird und der Zapfen 21 in dem Schlitz 22 in einer derartigen Weise bewegt wird, dass die Längsachse von dem Zapfen 21 exakt in der erwünschten Winkelposition angeordnet wird.
Die Mutter 20 kann ebenfalls an dem Stützelement 13 in der radialen Richtung arretiert werden. Hierbei kann das äußere Lager 15 in entgegengesetzten Richtungen in der Richtung der Längsachse des Zapfens 21 gebeugt werden. Wenn bei der in 3 gezeigten Situation die Mutter 20 verwendet wird, um das äußere Lager 15 nach unten zu drücken, wird sich der Walzenmantel 11 nach oben biegen, und wenn die Mutter 20 verwendet wird, um das äußere Lager 15 nach oben zu ziehen, wird der Walzenmantel 11 sich nach unten biegen.
5 zeigt eine Abwandlung von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die Außenendfläche von dem Stützelement 13 ist durch eine äußere Endflächenwand 13a an der Außenseite von dem Achslager 12 geschlossen, wie dies bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Jedoch erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel die äußere Endflächenwand 13a zu der Außenseite des äußeren Umfangs von dem röhrenartigen Teil des Stützelementes 13, wodurch das Stützelement 13 an seiner äußeren Endflächenwand 13a an den Maschinenrahmenaufbau R montiert werden kann. An der Innenendfläche von dem Stützelement 13 ist eine Innenendflächenwand 13b vorhanden, die eine Öffnung in einer Größe hat, die gleich dem Querschnitt des Achslagers 12 ist, und die an dem Achslager 12 abgedichtet werden kann. Ein Innenlager 14 und ein Drehlager 18, das erstgenanntes umgibt, sitzen außerdem an dieser inneren Endflächenwand 13b. Der Innenraum von dem Stützelement 13 ist außerdem hierbei geschlossen. Das Drehlager 18 fungiert hier als der Drehpunkt, wenn das äußere Lager 15 in Bezug auf die Mittelachse X-X der ungebogenen Walze gebeugt wird. In der gleichen Weise wie bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann anstelle von zwei konzentrischen übereinander angeordneten Lagern 14, 18 ein Lager angewendet werden, das sowohl als Rotationslager als auch als Drehlager fungiert.
Bei den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen wird das äußere Lager 15 in Bezug auf die Endfläche von dem Walzenmantel 11 gebeugt, wobei das innere Lager 14 als der Drehpunkt fungiert. Natürlich kann die Situation auch anders herum sein, wodurch der Durchbiegungsmechanismus 20, 21 sich an dem Ort des inneren Lagers 14 befindet und das äußere Lager 15 als der Drehpunkt fungiert. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Montageflansch 16 hierbei in Verbindung mit dem äußeren Lager 15 angeordnet.
Anstelle des Zapfens 21 und der Mutter 20, die in den Zeichnungen gezeigt sind, kann beispielsweise ein Keilelement als ein Beugungsteil bzw. Biegungsteil angewendet werden. Hierbei wird das Keilelement in dem Raum zwischen dem Lager 14, 15, das gebeugt wird, und dem Stützelement 13 positioniert. Indem die beiden Komponenten von dem Keilelement in der axialen Richtung in Bezug aufeinander bewegt werden, kann eine Kraft in der radialen Richtung auf das Lager 14, 15, das gebeugt wird, aufgebracht werden, wodurch der Drehpunkt in Verbindung mit dem anderen Lager 14, 15 ausgebildet wird.
Anstelle des Zapfens 21 und der Mutter 20, die in den Zeichnungen gezeigt sind, kann beispielsweise ein Hydraulikzylinder-Kolben-Aktuator als das Beugungselement angewendet werden. Der Zylinder ist in der radialen Richtung an dem Stützelement 13 montiert und die Kolbenstange ist an dem Lager 14, 15, das gebeugt wird, montiert.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehpunkt, d.h. das Lager 14, direkt an dem Stützelement 13 gestützt, und das Stützelement 13 wiederum ist an dem Maschinenrahmenaufbau R durch einen Flansch 16 gestützt, der das Stützelement 13 an dem Lager 14 stützt. Der Drehpunkt und der Stützpunkt sind somit in der gleichen radialen Ebene in der axialen Richtung X-X. Die auf den Beugungspunkt aufgebrachten Kräfte werden durch das Stützelement 13 zu dem Stützpunkt übertragen und von dem Stützpunkt werden die Kräfte durch den Flansch 16 zu dem im Maschinenrahmenaufbau R übertragen. Somit wird ein Biegemoment auf den Montagepunkt zwischen dem Flansch 16 und dem Maschinenrahmenaufbau R aufgebracht. Ein Stützpunkt ist hierbei über den Flansch 16 zwischen dem Stützelement 13 und dem Maschinenrahmenaufbau R ausgebildet.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehpunkt d.h. das Drehlager 18 an einem Stützelement 13 gestützt, das für seinen Teil an dem Maschinenrahmenaufbau R außerhalb von dem Achslager 12 gestützt ist. Der Drehpunkt ist hierbei in der radialen Ebene, die sich an dem Innenlager 14 befindet, und der Stützpunkt befindet sich in der radialen Ebene, die sich außerhalb von dem Achslager 12 befindet. Die auf den Drehpunkt aufgebrachten Kräfte werden durch das Stützelement 13 auf den Stützpunkt übertragen, wie dies für die Kräfte der Fall ist, die auf den Beugungspunkt aufgebracht werden. Ein Biegemoment wird außerdem hierbei auf den Montagepunkt zwischen dem Stützelement 14 und dem Maschinenrahmenaufbau R aufgebracht. Der Stützpunkt zwischen dem Stützelement 13 und dem Maschinenrahmenaufbau R ist hierbei über die äußere Endflächenwand 13a des Stützelementes 13 ausgebildet.
Nachstehend sind die Ansprüche dargelegt, die die Erfindung definieren, wobei innerhalb von deren Umfang die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung von der vorstehend dargelegten Beschreibung variieren können, die lediglich in beispielartiger Weise dargelegt ist.

Claims

Walze, die mit einem Verbundmantel gebogen werden kann, wobei die Walze einen kontinuierlichen röhrenartigen Walzenmantel (11) aus einem Verbundmaterial und Achslager (12) aufweist, die an jedem Ende des Walzenmantels (11) verbunden sind, um sich miteinander mit dem Walzenmantel (11) zu drehen, wobei die Achslager (12) an einem Stützelement (13) durch zumindest zwei Lagerelemente (14, 15) gestützt sind, die bei einem Abstand voneinander in der Richtung der Achse (X-X) der Walze angeordnet sind, wobei das Stützelement (13) das Achslager (12) und die Lagerelemente (14, 15) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (13) an den Maschinenrahmenaufbauten (R) durch einen Stützpunkt gestützt ist, wobei das erste Lagerelement (14, 15) an dem Stützelement (13) durch einen Biegemechanismus (20, 21) gestützt ist, durch den eine Kraft, die in der radialen Richtung wirkt, auf das erste Lagerelement (14, 15) aufgebracht wird, um das erste Lagerelement (14, 15) in Bezug auf die Mittelachse (X-X) der ungebogenen Walze zu beugen, wodurch das Achslager (12) sich in Bezug auf einen Drehpunkt biegt, der an dem zweiten Lagerelement (14, 15) ausgebildet ist, und ein Biegemoment auf den Walzenmantel (11) aufgebracht wird.
Walze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegemechanismus (20, 21) durch einen Zapfen (21), der an einem Stützring (17) montiert ist, der das erste Lagerelement (14, 15) umgibt, wobei der Zapfen sich durch eine Öffnung (22) in dem Stützelement (13) erstreckt, und durch eine Mutter (20) ausgebildet ist, die an dem mit einem Gewinde versehenen Zapfen (21) sitzt und an der Außenfläche von dem Stützelement (13) gestützt ist.
Walze gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (22) als ein Schlitz geformt ist, wodurch der Zapfen (21) in der Umfangsrichtung des Stützelements (13) bewegt werden kann, um die Winkelposition des Zapfens (21) zu ändern und in dieser Weise die Winkelposition von der Krümmung des Mantels (11) zu ändern.
Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (15) am weitesten außen in Bezug auf die Walzenendfläche angeordnet ist und das zweite Lagerelement (14) am weitesten innen in Bezug auf die Walzenendfläche angeordnet ist, wodurch das äußere Lagerelement (15) durch einen Biegemechanismus (20, 21) gebeugt wird, der an dem Stützelement (13) an dem äußeren Lagerelement (15) sitzt, wodurch das innere Lagerelement (14) als ein Drehpunkt wirkt.
Walze gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (13) an den Maschinenrahmenaufbauten (R) über einen Montageflansch (16) an dem Lagerelement (14) gestützt ist, das am weitesten innen angeordnet ist und den Drehpunkt ausbildet.
Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (14) sich am weitesten innen in Bezug auf die Walzenendfläche angeordnet ist und das zweite Lagerelement (15) am weitesten außen in Bezug auf die Walzenendfläche angeordnet ist, wodurch das innere Lagerelement (14) durch einen Biegemechanismus (20, 21) gebeugt wird, der an dem Stützelement (13) an dem inneren Lagerelement (14) sitzt, wodurch das äußere Lagerelement (15) als ein Drehpunkt wirkt.
Walze gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (13) an dem Lagerelement (14), das den äußersten Drehpunkt ausbildet, durch einen Montageflansch (16) an den Maschinenrahmenaufbauten (R) gestützt ist.
Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Endfläche von dem Stützelement (13) durch eine Außenendflächenwand (13a) geschlossen ist, die in der axialen Richtung (X-X) bei einem Abstand von der äußeren Endfläche des Achslagers (12) angeordnet ist.
Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Endfläche von dem Stützelement (13) durch eine Innenendflächenwand (13b) geschlossen ist, die an dem Achslager (12) abdichtend sitzt.
Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenendflächenwand (13a) sich außerhalb der äußeren Endfläche von dem Stützelement (13) erstreckt und das Stützelement (13) an seiner Außenendflächenwand (13a) an den Maschinenrahmenaufbauten (R) und nicht an dem Montageflansch (16) montiert ist.
Walze gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Lager (14) durch ein Drehlager (18) umgeben ist, das an der Innenendflächenwand (13b) des Stützelements (13) gestützt ist und das äußere Lager (15) durch einen Biegemechanismus (20, 21) gebeugt wird, der in dem Stützelement (13) an dem äußeren Lager (15) sitzt.
Walze gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Lager (15) durch ein Drehlager (18) umgeben ist, das an dem Stützelement (13) gestützt ist und das innere Lager (14) durch einen Biegemechanismus (20, 21) gebeugt wird, der in dem Stützelement (13) an dem inneren Lager (14) sitzt.