DE60217573T2

DE60217573T2 - Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Veredlungsmaschine, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60217573T2
Application number: DE60217573T
Authority: DE
Inventors: Jukka Heikkinen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: DE60217573D1; FI109486B; FI20010969A0; JP2002349547A; ATE351942T1; EP1256654B1; EP1256654A3; EP1256654A2; US20040146227A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze eine feste Welle, einen Walzenmantel, welcher geeignet ist, sich um die Welle zu drehen und ein Gleitlager aufweist, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen hat, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen versehen sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung solch einer Walze.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze einen Lagerblock, eine drehende Welle und ein Gleitlager hat, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen hat, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen versehen sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung solch einer Walze.
In derzeitig vorhandenen rollengelagerten Gleitlagern sind die Belastungsschuhe aus einem Bronzegusskörper hergestellt. Die Verwendung von Bronzebelastungsschuhen stammt von einem Bestreben zur Gewährleistung von ausreichend guten Gleiteigenschaften zwischen einer Walzenwelle und einem Belastungsschuh, welche sogar in dem Fall, dass ein Ölfilm, der normalerweise zwischen diesen vorhanden ist, aus dem einen oder anderen Grund verloren geht. Dies basiert auf Bronze, was von Natur aus gute Gleiteigenschaften hat, insbesondere bei Verwendung von Kupferblei oder Bleibronze. Jedoch ist ein Nachteil von Bronze sein niedriger Elastizitätsmodul und daraus resultierende Lagerdeformationen, welche die Belastungskapazität eines Lagers limitieren. Begrenzte Lasttoleranz wurde zu einem Problem bei Lageranwendungen, da erhöhte Geschwindigkeiten in modernen Groß- und Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen höhere Belastungsdrücke erfordern. Zusätzlich hat das Giessen und Bearbeiten von Bleilagermetalllegierungen industrielle toxikologische Nachteile für Arbeitsbedingungen und Umwelt.
Eine Walze und ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen, welche in den Präambeln der Ansprüche 1 und 8 zusammengefasst sind, sind bekannt aus Dokument GB 935810 A . Der Körper des Belastungsschuhs dieser bekannten Walze kann aus Stahl bestehen.
Eine Walze und ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen, welche in den Präambeln der Ansprüche 2 und 9 zusammengefasst sind, sind bekannt aus Dokument DE 100 19 506 A .
Dokument US 5 176 455 A offenbart eine hydrostatische Gleitlagerbaugruppe, welche ein Lagerelement zur drehbaren Abstützung einer drehenden Welle hat. Das Lagerelement hat einen Körper, hergestellt aus Stahl, dessen Gleitfläche mit einer Beschichtung überzogen ist, die aus einem abriebfesten Material mit niedriger Reibung, wie zum Beispiel Silber, besteht. Dieses abriebfeste Material mit niedriger Reibung ist zur Vermeidung eines Festfressens in einer Grenzschmiersituation vorgesehen.
Dokument DE 12 70 343 B offenbart eine hydrodynamische Gleitlagerbaugruppe, welche eine Anzahl von Lagerelementen hat, welche mit Belastungsschuhen versehen sind. Die Belastungsschuhe haben einen Körper, hergestellt aus Stahl, und die Gleitfläche der Belastungsschuhe ist mit Babbittmetall beschichtet, das heißt einem metallischen Material, welches eine Schmierkomponente hat. Der Körper ist aus Stahl, um dem Belastungsschuh Festigkeit zu verleihen, und das Babbittmetall ist zum Erreichen niedriger Reibung vorgesehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine mit einem neuartigen und verbesserten Typ von Gleitlager und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzubieten.
Entsprechend eines ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Walze und das Verfahren erreicht, welche in Anspruch 1 und 8 definiert sind. Entsprechend eines zweiten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Walze und das Verfahren erreicht, welche in Anspruch 2 und 9 definiert sind.
Vorteilhafte weitere Entwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine Verwendung der erfinderischen Lösung bietet ein rollengelagertes Gleitlager, welches besonders bezüglich seiner Festigkeit und Steifigkeit verbessert ist. Gleichzeitig ermöglicht die Erfindung auch eine Verwendung höherer Belastungsdrücke zwischen dem Belastungsschuh und dem Mantel oder der Welle einer Walze. Dies ermöglicht auch eine Verwendung von Belastungsschuhen, welche kleiner sind als zuvor.
Die Erfindung wird nun ausführlicher beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 in einer schematischen Darstellung eine Durchbiegungskompensationswalze zeigt, wobei ein Mantel drehbar auf einer festen Welle durch das Dazwischenliegen von Gleitelementen abgestützt ist.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Gleitlagerbaugruppe für das Ende einer Walze, wie gezeigt in 1, wobei Gleitflächen zwischen der inneren Mantelfläche und dem Belastungsschuh eingerichtet sind.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Gleitlagerbaugruppe für das Ende einer Drehwellenwalze, wobei Gleitflächen zwischen dem Wellenhals und dem Belastungsschuh eingerichtet sind.
Das veranschaulichte Gleitlager für eine Fest- oder Drehwellenwalze 1, 1' in einer Papier-/Karton- oder Finishingmaschine hat eine Anzahl von Lagerelementen, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen 2, 2' ausgestattet sind. Die Lagerelemente sind, entweder an einer festen Welle 3 der Festwellenwalze 1 (1 und 2) zur drehbaren Abstützung eines Walzenmantels 4 und zur hydraulischen Belastung derselben oder um eine rotierende Welle 5 der Drehwellenwalze 1' (3) zur drehbaren Abstützung der Welle 5 relativ zu einem Lagerblock 6 oder dergleichen montiert.
Jeder Belastungsschuh hat gewöhnlich 4 oder 6 Schmiertaschen, in welche Schmieröl durch den Schuh eingespeist wird. Um die Taschen herum sind Felder, welche die Gleitflächen bilden.
Dieser Typ von Lösungen ist als solcher bekannt und wird deshalb zu diesem Zeitpunkt nicht weiter behandelt. Normalerweise ist die Ölschicht zwischen den Gleitflächen eines Schuhs und einem Walzenmantel 0,05 mm dick. Infolge von Störungen oder Abweichungen des Schuhs oder des Walzenmantels schwindet oder löst sich die Dicke der Ölschicht jedoch vollständig auf, was einen mechanischen Kontakt zwischen den Gleitflächen bewirkt.
Während Störungssituationen kann der Flächendruck zum Beispiel ca. 30-36 MPa betragen. In solch einer Grenzschmiersituation, wenn die Ölschicht unzureichend ist, besteht eine Gefahr, dass die Gleitflächen sich festfressen.
Entsprechend dem Stand der Technik werden Belastungsschuhe 2 im Wesentlichen als Bronzegusskörper hergestellt. Solch ein Aufbau bietet kein rundherum zufrieden stellendes Endergebnis.
Daher ist eine der Aufgaben der Erfindung, einen verbesserten Aufbau für das Gleitlager zu schaffen, verglichen mit einem Bronzegusskörper.
In der erfinderischen Lösung ist das Lager als eine Verbundkonstruktion konstruiert. Der Belastungsschuh 2, 2' hat einen Körper, welcher aus einem metallischen Material mit einem höheren Elastizitätsmodul als der von Bronze hergestellt ist. Zusätzlich hat die drehende Welle 5 der Drehwellenwalze 1' oder der Mantel 4 der Walze 1 mit der festen Welle 3 ihre/seine Gleitfläche 9, 10 mit einem metallischen Material beschichtet, welches eine Schmierkomponente hat, die ein Festfressen in einer Grenzschmiersituation verhindert. Zusätzlich können die Belastungsschuhe 5, 5' ihre Gleitflächen 7, 8 mit einem Metall beschichtet haben, welches eine Schmierkomponente hat, die ein Festfressen in einer Grenzschmiersituation verhindert.
Im Kontext dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck „Beschichtung" auf eine Materialschicht, mit welcher die Gleitfläche eines Lasteinleitungselements ausgestattet ist, und welche auf die Fläche eines Gussschuhs in einem separaten Beschichtungsprozess aufgebracht wird. Um die Anforderungen eines Lagereinsatzes zu erfüllen, muss die Beschichtung ein integraler Bestandteil eines Körpers sein, mit keiner ausgeprägten Grenzfläche, welche sich zwischen dem Körper und der Beschichtung entwickelt.
Ein bevorzugtes Beschichtungsverfahren ist zum Beispiel Schmelzmetallspritzen (OSPRAY), besonders beim Beschichten einer äußeren Wellenfläche, da es sehr geeignet ist für rotationssymmetrische Körper. Ein anderes bevorzugtes Verfahren ist ein pulvermetallurgisches Verfahren, zum Beispiel eine HIP-(heißisostatisches Pressen) Technik, welche zur Beschichtung sowohl einer Welle und einer Mantelinnenfläche, als auch speziell der Gleitfläche eines Schuhs anwendbar ist. Bei der HIP-Technik wird der Stahlkörper eines Schuhs mit einem Beschichtungsmaterial versehen, zum Beispiel vorlegiertem Stahl, in Form von atomisierten kugelförmigen Partikeln, welche einen sehr kleinen Durchmesser (< 500 μm) haben. Das Beschichtungsmaterial ist zwischen dem Stahlkörper und der Gussform gekapselt und die Kapsel wird entleert. Unter einem hohen Druck und einer hohen Temperatur, wobei das Beschichtungsmaterial nichtsdestotrotz in einem ungeschmolzen Zustand ist, ist das Ergebnis eine Oberflächenschicht, welche einen sehr homogenen und feinkörnigen Aufbau hat und welche auch homogen bezüglich ihrer Eigenschaften und optimierbar für jede Anforderung mittels eines Legierungsprozesses ist. Das Ergebnis ist ein Aufbau, in welchem die Beschichtung ein integraler Bestandteil des Körpermaterials ist, sodass keine Ablösung eintreten kann. Die Verwendung von Bronze als HIP-Beschichtungsmaterial liefert ein Endergebnis, welches besonders im Bezug auf Gleiteigenschaften optimal ist.
Konventionelle Beschichtung, zum Beispiel durch thermisches Besprühen, ist auch möglich, jedoch nicht bevorzugt. Eine thermisch aufgesprühte Beschichtung ist anfällig für eine Ablösung, Rissbildung und anderes, wie Abschälen unter den Gleitlagerbedingungen einer Papiermaschine, besonders wenn der Ölfilm zwischen Gleitflächen äußerst dünn wird und die Oberfläche einem Kontakt mit Metall ausgesetzt wird. Das Zerbröckeln eines Beschichtungsmaterials wäre nicht nur fatal in Bezug auf die Funktion einer Lagerfläche, sondern auch störend in Bezug auf die Aufwertung, bzw. Auffüllung von zirkulierendem Schmieröl. Tatsächlich ist thermisches Besprühen als Beschichtungstechnik nur in außergewöhnlichen Fällen relevant, in welchen das Lager nicht einer bedeutenden Last ausgesetzt sein soll, und ein ausreichender Ölfilm sichergestellt werden kann.
Das metallische Material mit einem höheren Elastizitätsmodul, welches nützlich ist als Körpermaterial für den Schuh in der Erfindung, besteht bevorzugt aus Stahl (Elastizitätsmodul in der Größenordnung von 200 kN/mm²). Eine andere Materialwahl kann auch realisierbar sein. Das eingesetzte Beschichtungsmaterial kann zum Beispiel Bronze (Elastizitätsmodul 100 kN/mm²) sein oder zum Beispiel Sn-, Pb-, Mo-legierte Stähle mit ausreichenden Gleiteigenschaften.
In vorausgehenden Tests wurde eine Zinnbronze- (CuPb5Sn5) Beschichtung, welche mit einem HIP-Prozess auf einen Stahlkörper aufgebracht wurde, als eine geeignete Lösung gefunden.
Die erfinderische Lösung ist imstande eine Anordnung zu liefern, welche einen Elastizitätsmodul, ausreichend hinsichtlich Verformungen des Schuhs, mit guten Gleiteigenschaften des Lagers verbindet. Die erfinderische Lösung kann die schwere Bearbeitung von Bronzekörpern beseitigen, was eine ausgeprägte Verbesserung der Arbeitsbedingungen ist, besonders im Hinblick auf Bleibronze.

Claims

Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze eine feste Welle (3), einen Walzenmantel (4), welcher geeignet ist, um die Welle (3) zu drehen, und ein Gleitlager hat, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen hat, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen (2) versehen sind, welche an der festen Welle (3) zum drehbaren Abstützen und zum hydraulischen Belasten des Walzenmantels (4) montiert sind, und wobei die Belastungsschuhe (2) einen Körper haben, welcher aus einem metallischen Material mit einem Elastizitätsmodul besteht, der höher als der von Bronze ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (10) des Walzenmantels (4) mit einer Beschichtung beschichtet ist, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert ist.
Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze einen Lagerblock (6), eine drehende Welle (5) und ein Gleitlager hat, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen umfasst, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen (2') versehen sind, welche zur Abstützung der drehenden Welle (5) relativ zu dem Lagerblock (6) um die drehende Welle (5) an dem Lagerblock (6) montiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsschuhe (2') einen Körper haben, welcher aus einem metallischen Material besteht mit einem von Elastizitätsmodul höher als der Bronze, und dadurch, dass die Gleitfläche (9) der drehenden Welle (5) mit einer Beschichtung beschichtet ist, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert ist.
Walze nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Körper des Belastungsschuhs (2, 2') aus Stahl besteht.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gleitfläche (7, 8) der Belastungsschuhe (2, 2') mit einer Schuhbeschichtung beschichtet ist, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert ist.
Walze nach Anspruch 4, wobei der Körper und die Schuhbeschichtung der Belastungsschuhe (2, 2') ein festes Gefüge bilden.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtung und die Schuhbeschichtung, falls vorgesehen, aus Bronze bestehen.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtung und die Schuhbeschichtung, falls vorgesehen, aus einem legierten Stahl bestehen, welcher mindestens ein legierendes Element, ausgewählt aus folgender Gruppe: Sn, Pb und Mo, umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze eine feste Welle (3), einen Walzenmantel (4), welcher geeignet ist, um die Welle (3) zu drehen, und ein Gleitlager hat, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen umfasst, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen (2) versehen sind, welche an der festen Welle (3) zum drehbaren Abstützen und zum hydraulischen Belasten des Walzenmantels (4) montiert sind, wobei das Verfahren umfasst: einen Ablaufschritt einen Körper der Belastungsschuhe (2) aus einem metallischen Material mit einem Elastizitätsmodul, der höher als der von Bronze ist, auszubilden, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch einen Ablaufschritt die Gleitfläche (10) des Walzenmantels (4) mit einer Beschichtung zu beschichten, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Walze für eine Papier- oder Kartonmaschine oder für eine Finishingmaschine, wobei die Walze einen Lagerblock (6), eine drehende Welle (5) und ein Gleitlager hat, wobei das Gleitlager eine Anzahl von Lagerelementen umfasst, welche mit hydraulisch belastbaren Belastungsschuhen (2') versehen sind, welche um die drehende Welle (5) zur Abstützung der drehenden Welle relativ zu dem Lagerblock (6) an dem Lagerblock (6) montiert sind, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch einen Ablaufschritt einen Körper der Belastungsschuhe (2') auszubilden, aus einem metallischen Material mit einem Elastizitätsmodul, der höher als der von Bronze ist, und einen Ablaufschritt die Gleitfläche (9) der drehenden Welle (5) mit einer Beschichtung zu beschichten, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Körper der Belastungsschuhe (2, 2') aus Stahl ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, darüber hinaus enthaltend einem Ablaufschritt die Gleitfläche (7, 8) der Belastungsschuhe (2, 2') mit einer Schuhbeschichtung zu beschichten, welche aus einem metallischen Material besteht, welches eine Schmierkomponente aufweist, wodurch ein Blockieren in einer Grenzschmiersituation verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Körper und die Schuhbeschichtung der Belastungsschuhe (2, 2') ein festes Gefüge bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das eingesetzte Beschichtungsverfahren in dem Ablaufschritt der Beschichtung und dem weiterführenden Ablaufschritt der Beschichtung, falls vorgesehen, ein pulvermetallurgisches Verfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das eingesetzte Beschichtungsverfahren ein heißisostatisches Pressen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das eingesetzte Beschichtungsverfahren in dem Ablaufschritt der Beschichtung und dem weiterführenden Ablaufschritt der Beschichtung, falls vorgesehen, Schmelzmetallspritzen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Beschichtung und die Schuhbeschichtung, falls vorgesehen, aus Bronze besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Beschichtung und die Schuhbeschichtung, falls vorgesehen, aus einem legierten Stahl besteht, welcher mindestens ein legierendes Element umfasst, das aus folgender Gruppe: Sn, Pb und Mo ausgewählt ist.