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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stützanordnung für eine
Walze mit veränderbarer Balligkeit nach dem Gattungsbegriff
des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus
GB-A-2 125 117 bekannt.
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In Papiermaschinen und Äquivalenten werden derartige Walzen
im allgemeinen zur Bildung eines Glättungsspalts, eines
Entwässerungspreßspalts oder eines Kalandrierspalts mit einer
Gegenwalze verwendet. Für diese Verwendungszwecke ist es von
Bedeutung, daß die Verteilung der linearen Belastung im
Walzenspalt, d.h. das Profil, in der axialen Richtung der
Walzen unveränderbar gemacht oder daß dieses Profil nach Wunsch
reguliert werden kann, z.B. im Hinblick auf eine Kontrolle
des transversalen Feuchtigkeitsprofils und/oder des
Dickenprofils (Dicke) der Bahn. Für diesen Anwendungsfall ist eine
Anzahl von unterschiedlichen balligkeitsveränderbaren Walzen
im Stand der Technik bekannt, mittels welcher Versuche
gemacht werden, auf die Verteilung der linearen Belastung in
einem Walzenspalt einzuwirken.
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Im Stand der Technik ist eine Anzahl von verschiedenartigen
balligkeitsveränderbaren Walzen für Papiermaschinen und
Äquivalente bekannt. In der Regel umfassen diese Walzen eine
massive oder rohrförmige stationäre Walzenachse und einen
um diese Achse herum umlaufend angeordneten Walzenmantel.
Zwischen dieser Achse und den Walzenmantel sind auf die
innere Fläche des Mantels einwirkende Gleitschuhanordnungen
und/oder eine Druckfluidkammer oder eine Reihe von Kammern
eingebaut, so daß das axiale Profil des Mantels am
Walzenspalt nach Wunsch ausgerichtet oder reguliert werden kann.
In der Regel werden die durch solche Walzen gebildeten
Spalte, wie Preßspalte oder Kalandrierspalte, mittels
Druckkräften belastet, die auf die Achszapfen der
balligkeitsveränderbaren Walze und ihrer Gegenwalze aufgebracht werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf derartige Walzen
mit veränderbarer Balligkeit, die eine Reihe von
Gleitschuhen enthalten, deren Gleitflächen auf die Innenfläche des
Walzenmantels einwirken und deren Gleitflächen
mindestens zum Teil hydrostatisch oder hydrodynamisch
mittels eines der Gleitfläche zugeführten Druckfluids geschmiert
werden.
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Mit Blick auf den mit dieser Erfindung im Zusammenhang
stehenden Stand der Technik wird beispielsweise auch auf die
offengelegte DE-Patentanmeldung Nr. 22 29 421 und das FI-Patent
Nr. 59 655 Bezug genommen. In der genannten
DE-Veröffentlichung ist die Gleitschuhanordnung offenbart, die vielleicht am
üblichsten in balligkeitsveränderbaren Walzen zur Anwendung
kommt. In der Konstruktion gemäß dieser DE-Veröffentlichung
bestehen die Flüssigkeitsdruckelemente, mittels derer der
Walzenmantel an der nichtumlaufenden Walzenachse abgestützt
ist, aus Kolben, die beweglich in in der Achse vorgesehene
Zylinderbohrungen eingesetzt sind, wobei die Gleitschuhe, die
auf die Innenfläche des Walzenmantels einwirken, an diesen
Kolben mit Hilfe von Gelenkverbindungen gelagert sind. Bei
einer derartigen Anordnung sind in der Gelenkverbindung
zwischen dem Gleitschuh und dem Kolben sehr hohe Kräfte wirksam,
aus welchem Grund die Gelenkverbindung hydraulisch entlastet
werden muß,damit ihre Standzeit ausreichend lang gemacht
werden kann. Trotz des Entlastens ist immer eine Reibung einer
gewissen Größenordnung in einer solchen gelenkigen Verbindung
wirksam, wodurch der Gleitschuh nicht völlig frei mit Bezug
auf den Kolben positioniert werden kann. Wegen der
gelenkigen Verbindung können auch die Dichtungsanordnungen der
Druckelemente recht problematisch werden. Aufgrund all dessen
sind die Herstellungskosten eines solchen Druckelements, das
mit einer Gelenkverbindung versehen ist, hoch, und die
Funktion des Elements ist wegen der in der gelenkigen Verbindung
wirksamen Reibung nicht in allen Umständen
zufriedenstellend.
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In dem genannten FI-Patent wird die Konstruktion des
Flüssigkeitsdruckelements so bewerkstelligt, daß das Druckelement
als ein starres Teil ausgebildet wird, das keine gelenkige
Verbindung besitzt. Gemäß diesem FI-Patent wird das auf zwei
alternativen Wegen bewirkt, wobei bei der einen Ausführungs
form Zylinderbohrungen in die Walzenachse hinein ausgebildet
wurden und die Kolbenteile der Druckelemente beweglich in
diese Zylinderbohrungen eingesetzt sind. Bei dieser
Ausführungsform sind die genannten Kolbenteile sphärisch
ausgestaltet worden, so daß sie in den Zylinderbohrungen drehen können.
Bei der anderen Ausführungsform sind an der Walzenachse den
Zylinderbohrungen entsprechende stiftartige Vorsprünge
ausgebildet worden, wobei die Gleitschuhe an diesen Vorsprüngen
gelagert und gelenkig abgedichtet werden. Bei der ersten
Ausführungsform des genannten FI-Patents wird der Stützpunkt
des Gleitschuhs recht weit von der Innenfläche des
Walzenmantels angeordnet, wodurch die Konstruktion ziemlich unstabil
ist. Bei der zweiten Ausführungsform müssen dagegen die
Gleitschuhe imstande sein, sich über eine recht lange Strecke
in der radialen Richtung der Walze zu bewegen. Beide
Ausführungsformen sind im Hinblick auf das Abdichten ziemlich
problematisch und darüber hinaus wird das Positionieren des
Gleitschuhs gegen die Innenfläche des Walzenmantels durch
die Reibung an der Abdichtstelle behindert, die fähig sein
muß, sich über die der Hublänge des Druckelements gleiche
Strecke zu bewegen.
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Das Ziel dieser Erfindung ist, eine verbesserte
Stützanordnung für eine Walze mit veränderbarer Balligkeit zu schaffen,
so daß diese Stützanordnung nicht die oben beschriebenen
Nachteile zur Folge hat. Mit Blick auf das Erreichen dieses
Ziels ist die Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 charakterisiert.
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Im Vergleich mit dem Stand der Technik werden mittels der
Erfindung einige bemerkenswerte Vorteile erlangt, von denen
beispielsweise die folgenden herausgestellt werden können.
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Bei der Lösung der Erfindung werden die Flüssigkeitsdruck
elemente einer balligkeitsveränderbaren Walze als aus zwei
Teilen bestehend gebildet, jedoch so, daß keine mechanische
gelenkige Verbindung zwischen dem Gleitschuh und dem Kolben
vorhanden ist. Der Gleitschuh wird in bezug auf den Kolben
ausschließlich hydraulisch belastet, wodurch der Gleitschuh
völlig frei gegen den Walzenmantel positioniert werden kann,
weil die Reibung in der Gelenkverbindung, die bei den
herkömmlichen Lösungen eingeschlossen ist, dieses Positionieren
nicht behindert. In der Lösung gemäß der Erfindung wird der
Stützpunkt des Gleitschuhs sehr nahe an der Oberfläche des
Gleitschuhs angeordnet und ist darüber hinaus die Position
des Stützpunkts mit Bezug zum Walzenmantel unabhängig von der
Hublänge und von der Position. Bei der erfindungsgemäßen
Lösung wird in den Druckelementen ein buchsenförmiger, hohler
Kolben verwendet, wodurch, wenn es notwendig ist, in den
Gleitschuhen lange Kapillarbohrungen, die sich in den hohlen
Kolben erstrecken, angeordnet werden können, deren
Blockierungsgefahr sehr gering ist, weil der Durchmesser der
Kapillarbohrungen größer gemacht werden kann. Ferner ist in der
Anordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung die
Konstruktion der Flüssigkeitsdruckelemente sehr einfach, und deshalb
sind die Herstellungskosten niedrig.
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Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme
auf eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, die
in den Figuren in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
ist, beschrieben, wobei die Erfindung in keiner Weise strikt
auf die Einzelheiten dieser Ausführungsform beschränkt ist.
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Figur 1 ist ein schematischer vertikaler Axialschnitt einer
balligkeitsveränderbaren Walze, die mit einer Stützanordnung
gemäß der Erfindung ausgestattet ist und einen Walzenspalt
mit einer Gegenwalze bildet.
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Figur 2 entspricht der Figur 1 bei Betrachtung von der
Stirnseite der Walze.
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Figur 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung quer zur
Walze von einem Flüssigkeitsdruckelement in einer
Stützanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung.
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Figur 4 zeigt den Gleitschuh eines Flüssigkeitsdruckelements
bei Betrachtung aus der Richtung der Fläche des Walzenmantels.
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Unter Bezugnahme auf die fig. 1 und 2 wird zum Anfang die
allgemeine Konstruktion einer Walze mit veränderbarer Balligkeit
beschrieben, in welcher für die Walze 10 eine Stützanordnung
in Übereinstimmung mit der Erfindung zur Anwendung kommt.
Die balligkeitsveränderbare Walze 10 enthält eine stationäre
Walzenachse 11 , an welcher der Walzenmantel 12 umlaufend
angeordnet ist. In Gegenüberlage zur balligkeitsveränderbaren
Walze 10 ist eine Gegenwalze 50 angeordnet, so daß die
Außenfläche 13 der Walze 10 und die Außenfläche 51 der Gegenwalze
50 zusammen einen Walzenspalt N bilden, der z.B. ein Preßspalt,
ein Kalandrierspalt oder eine Äquivalent sein kann, durch
welchen Spalt beispielsweise eine Papierbahn W oder ein
Äquivalent geführt wird. Zwischen der Achse 11 und dem
Walzenmantel 12 sind in der balligkeitsveränderbaren Walze
Flüssigkeitsdruckelemente 20 angeordnet, die auf die Innenfläche
des Walzenmantels einwirken, wobei diese Elemente 20 als in
der Walzenspaltebene K-K wirkend angebracht sind. In der
axialen Richtung der Walze 10 ist eine Anzahl von
Flüssigkeitsdruckelementen 20 mit einem Abstand voneinander so
angeordnet, daß sie auf die Innenfläche 14 der Walze einwirken,
wobei der durch diese Druckelemente gegen die Innenfläche 14
des Walzenmantels ausgeübte Druck individuell oder in Gruppen
justierbar ist, so daß das axiale Profil des Walzenmantels 12
in der gewünschten Weise einstellbar ist.
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Für die Flüssigkeitsdruckelemente 20 sind in die Walzenachse
11 hinein Zylinderbohrungen 15 ausgebildet, in welche
Bohrungen die Druckelemente 20 beweglich in der Walzenspaltebene
K-K eingesetzt sind und in welchen Bohrungen die genannten
Druckelemente mit Hilfe von Dichtungen 17 abgedichtet sind.
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Zum Zweck einer Belastung der Flüssigkeitsdruckelemente 20
gegen die Innenfläche 14 des Walzenmantels wird ein
Druckmedium, z.B. Hydraulikflüssigkeit, längs Druckleitungen 16 und
16' in die Zylinderbohrungen 15 geführt. In den Fig. 1 und 2
sind aus Gründen der Klarheit der Darstellung die
stirnseitigen Lager der Walzen und andere entsprechende
Hilfsvorrichtungen weggelassen worden.
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Die Fig. 3 und 4 sind mehr detaillierte Darstellungen der
Konstruktion von einem Flüssigkeitsdruckelement 20, das zu
der Stützanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung
gehört. Das Flüssigkeitsdruckelement 20 besteht aus einem
Kolben 21, der sich in der radialen Richtung der Walze in der
in der Walzenachse 11 vorgesehenen Zylinderbohrung 15 bewegt,
wie auch aus einem Gleitschuh 22, der gegen die Innenfläche
14 des Walzenmantels angeordnet wird. Wie in Fig. 3 gezeigt
ist, ist der Kolben ein hohles, buchsenförmiges Bauteil, in
dessen Innern ein großer Hohlraum 23 vorhanden ist. Der
Gleitschuh 22 ist an dem buchsenförmigen Kolben 21 angebracht,
und zum Zweck des Verbindens des Gleitschuhs 22 mit dem
Kolben 21 ist eine der Querschnittsgestalt des Kolbens 21
entsprechende Vertiefung 35 in der unteren Fläche des
Gleitschuhs ausgestaltet worden, in welche Vertiefung das äußere
Ende des Kolbens 21 eingesetzt ist. Die Vertiefung 35 im
Gleitschuh 22 ist etwas größer als der Querschnitt des
Kolbens 21, so daß der Gleitschuh 22 und der Kolben 21 relativ
zueinander sich bewegen können. Zum Zweck der Abdichtung des
Kolbens 21 und des Gleitschuhs 22 mit Bezug zueinander ist
eine Dichtungskehle 38 rund um die Vertiefung in die
Seitenfläche der Vertiefung 35 eingearbeitet worden, und in diese
Kehle 38 ist eine Dichtung 30 eingesetzt worden, die mit der
Außenfläche des Kolbens 21 in Berührung ist.
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Um den Kolben 21 und den Gleitschuh 22 untereinander zu
verbinden, ist eine zum Innern des Kolbens 21, d.h. zum
Hohlraum 23 hin gerichtete Schulter 24 im äußeren Ende des
buchsenförmigen Kolbens 21 ausgebildet worden. In einer
übereinstimmenden Weise ist in den Hohlraum im Kolben ein
getrenntes Befestigungsstück 25 eingesetzt worden, das fest
am Gleitschuh 22 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 27
gehalten ist. Somit ist das genannte Befestigungsstück 25 starr
an der Innenfläche des Gleitschuhs 22 festgehalten.
Andererseits ist am Befestigungsstück 25 eine Schulter 26
ausgebildet worden, die in der radialen Richtung des Kolbens
auswärts gerichtet und zwischen der Schulter 24 am Kolben sowie
dem Boden der Zylinderbohrung 15 angeordnet ist. Auf diese
Weise verhindern die genannten Schultern 24 und 26 ein
Trennen des Gleitschuhs 22 vom Kolben 21. Die Schultern 24 und 26
sind jedoch nicht miteinander in Berührung, vielmehr sind
diese Schultern so angeordnet, daß, wenn der Gleitschuh 22 am
Kolben ruht, zwischen den Schultern 24 und 26 ein Spalt 29
verbleibt, welcher Spalt eine Bewegung des Kolbens 21 und
des Gleitschuhs 22 relativ zueinander zuläßt. Somit ist der
Gleitschuh 22 imstande, sich mit Bezug auf den Kolben in der
axialen Richtung des Kolbens 21 über die Strecke zu bewegen,
die durch den Spalt 29 zugelassen wird, und darüber hinaus
kann der Gleitschuh 22 mit Bezug auf den Kolben 21 geneigt
werden, weil der Querschnitt des Kolbens 21 kleiner ist als
die in der unteren Fläche des Gleitschuhs 22 vorgesehene
Vertiefung 35, wie bereits oben beschrieben wurde.
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In der herkömmlichen Weise sind in die gekrümmte Außenfläche
des Gleitschuhs 22, d.h. in die zur Innenfläche 14 des
Walzenmantels hin plazierte Fläche Taschen 31 ausgebildet worden,
die als hydrostatische Schmierräume dienen und die
voneinander durch Zwischenstege 32 und Randleisten 33 getrennt sind.
In diese Taschen 31 wird durch in den Befestigungsschrauben
27 ausgebildete Kapillarbohrungen 28 ein Schmiermittel
eingeführt, um zwischen dem Gleitschuh 22 und der Innenfläche 14
des Walzenmantels einen Flüssigkeitsfilm zu bilden. Da bei
der erfindungsgemäßen Lösung ein hohler, buchsenförmiger
Kolben 21 zur Anwendung kommt, in dessen Innern ein großer
Hohlraum 23 nach Wunsch vorhanden ist, ist es bei dieser
Lösung möglich, lange Befestigungsschrauben 27', wie in Fig.3
durch gestrichelte Linien angedeutet ist, zu verwenden, die
sich in die Nähe des inneren Endes des Kolbens 21 erstrecken.
Somit können bei der Lösung gemäß der Erfindung nach Wunsch
die Kapillarbohrungen 28' erheblich lang gemacht werden, d.h.
nahezu gleich der Länge des gesamten Flüssigkeitsdruckelements
20. Hierdurch wird der Vorteil erlangt, daß, wenn lange
Kapillarbohrungen 28' angewendet werden, der Durchmesser der
Kapillarbohrungen in einem entsprechenden Ausmaß größer
gemacht werden kann, wodurch das Risiko deren Blockierens
wesentlich geringer als im fall der kürzeren Kapillarbohrungen
28 ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ort des
Stützpunkts des Gleitschuhs 22 mit Bezug auf den Walzenmantel
12 unabhängig von der Position des Kolbens 21 in der
Zylinderbohrung 15, denn der Stützpunkt des Gleitschuhs 22 wird
immer an der Innenfläche des Befestigungsstücks 25 und am
Boden der im Gleitschuh 22 ausgebildeten Vertiefung 35
angeordnet, weil keine besondere Gelenkverbindung zwischen dem
Kolben 21 und dem Gleitschuh 22 vorhanden ist. Somit kann
sich der Gleitschuh 22 ziemlich frei in bezug auf den Kolben
21 bewegen. Der einzige Faktor, der die Bewegung des
Gleitschuhs 22 einschränkt, ist die auf die Dichtung 30
zurückzuführende Reibungskraft.
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Wenn die Flüssigkeitsdruckelemente 20 in einer Stützanordnung
in Übereinstimmung mit der Erfindung durch Einführen eines
Druckmediums in die Zylinderbohrungen 15 belastet werden,
tritt das Druckmedium in den Hohlraum 23 im Kolben 21 ein
und preßt dadurch den Gleitschuh 22 gegen die Innenfläche 14
des Walzenmantels. Somit beschränkt der Kolben 21 die
Bewegung oder die Position des Gleitschuhs 22 in keiner Weise,
vielmehr wirkt er lediglich als eine Führung des Gleitschuhs
22. Das Schmiermittel kann aus dem Hohlraum 23 im Kolben
längs der Kapillarbohrungen 28 oder 28' an die Innenfläche
14 des Walzenmantels austreten, um einen Flüssigkeitsfilm
zwischen den Gleitschuhen 22 und der Innenfläche des
Walzenmantels
zu bilden. Wenn durch die Wirkung der Druckkräfte
die Walzenachse 11 gebogen wird, dann können die Gleitschuhe
22 in Übereinstimmung mit dem Walzenmantel 12 positioniert
und die Kolben 21 in Übereinstimmung mit der Achse 11
positioniert werden, weil die Kolben 21 und die Gleitschuhe 22
frei in bezug zueinander drehen können.