DE69608515T3

DE69608515T3 - Verfahren zur Regulierung der Lastverteilung einer Durchbiegungseinstellwalze und Durchbiegungseinstellwalze

Info

Publication number: DE69608515T3
Application number: DE69608515.1T
Authority: DE
Inventors: Juhani Vestola
Original assignee: Valmet Oy
Current assignee: Valmet Oy
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: EP0764790A3; KR100454569B1; EP0764790A2; DE69608515D1; US5782729A; ATE193358T1; KR970009912A; CA2183482C; FI98554B; EP0764790B1; CA2183482A1; DE69608515T2; FI953895A0; EP0764790B2; FI98554C

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regulieren der Belastung einer Walze mit einstellbarer Durchbiegung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Walze mit einstellbarer Durchbiegung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Hintergrund der Erfindung
Gemäß dem Stand der Technik ist eine Anzahl verschiedener Walzen mit einstellbarer Durchbiegung für eine Papiermaschine oder für Papieroberflächenbearbeitungsvorrichtungen bekannt, wobei für diese Walzen verschiedenartige Bestimmungen vorgesehen sind, wie etwa eine profilierbare Walze, eine Walze mit einstellbarer Durchbiegung, eine in Zonen einstellbare Walze und äquivalente Bezeichnungen. Generell haben diese Walzen eine feste massive oder rohrartige ortsfeste Walzenachse und einen Walzenmantel, der drehbar um die Achse montiert ist. Zwischen der Achse und dem Mantel sind Gleitschuheinrichtungen angeordnet, die auf die Innenfläche des Walzenmantels wirken, und/oder eine Kammer für Druckfluid, so dass das Axialprofil des Mantels an dem Spalt nach Wunsch ausgerichtet oder reguliert werden kann.
Wenn eine in Zonen einstellbare Walze (wie etwa eine mit hydraulischen Belastungselementen versehene Walze) mit niedrigen Linearlasten betätigt wird, ergibt sich in einigen Fällen dahingehend ein Problem, dass in einer Zone ein Unterdruck erhalten werden soll. In der Regel wird dieses Problem dadurch gelöst, dass Gegendruckzonenelemente verwendet werden, die in einer Richtung unmittelbar entgegengesetzt zu der Richtung wirken, in der die Belastungselemente wirken. Die in einer Reihe verwendeten Gegendruckzonenelemente verursachen jedoch noch ein anderes Problem dahingehend, dass sie Spannungen in dem Walzenmantel erzeugen, und zwar insbesondere in dem Spalt, in welchem auch die mittels des Spalts und mittels der Belastungselemente erzeugte Spannungsspitze effektiv ist. Diese Spannungsspitze kann zusammen mit der oben erwähnten Spannung derart groß werden, dass sie die Regulierbarkeit der Einrichtung, d. h. die Belastungsfähigkeit der Belastungselemente begrenzt. Die in dieser Weise platzierten Gegendruckschuhe nehmen auch Raum ein, so dass es für eine bestimmte Anwendung notwendig werden kann, eine Walze mit einstellbarer Durchbiegung von einer Kategorie größeren Ausmaßes zu wählen, um ausreichend Raum für solche Schuhe vorzusehen.
Beispielsweise ist aus dem Dokument DE 42 03 497 ein Stand der Technik dieser Art bekannt, der den Gegenstand der Erfindung am nächsten liegt. Dieses Dokument zeigt die Anordnung einer Reihe von Belastungsschuhen und einer Gegendruckzone, die an einem Spalt an gegenüberliegenden Seiten des Durchmessers einer Walze platziert sind. Eine solche Konstruktion ist beispielsweise in den beigefügten 1A und 1B veranschaulicht, so dass an dieser Stelle darauf Bezug genommen werden kann.
Das Dokument US-A-5 372 068 bezieht sich auf einen Zylinder für eine Druckpresse. Gemäß diesem Dokument ist ein Eindruckzylinder vorgesehen, wobei an den Enden dieses Zylinders Gegendruckelemente und ein weiteres Element in der Mitte vorhanden ist. Diese Elemente sind allerdings keine Gegendruckzonen; vielmehr wird anstelle dessen der Zylinder mit deren Hilfe angehoben oder erhöht.
Ein Druckzylinder hat Elemente, die in einer Querrichtung stützen und in etwa senkrecht zu der Druckebene platziert sind. Die senkrechte Platzierung der Stützelemente relativ zu der Druckebene wird verstärkt, d. h. die Anordnung von 180° relativ zueinander. Diese Elemente können daher beide als Gegendruckzonen betrachtet werden, da eine Gegendruckkraftkomponente, die eine Gesamtkraft erzeugen würde, die in der Spaltebene wirkt, jedoch in einer Richtung entgegengesetzt zu der Belastung, vollständig fehlt.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorbeschriebenen Probleme zu beseitigen und ein neues und verbessertes Verfahren und eine Walze zu schaffen, mit deren Hilfe ein beträchtlich größerer Regulierbereich für die profilierbare Walze oder für die Walze mit einstellbarer Durchbiegung erhalten wird, und zwar im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekanntem Konstruktionen.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 und einer Walze gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Die Grundidee der Erfindung besteht darin, dass eine Summenkraft in einer Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zu der Kraft, die mittels des Belastungselements erzeugt wird, mit Hilfe von zumindest einer Gegendruckzone erzeugt wird, in der eine Vielzahl von Kräften auf die Innenfläche des Walzenmantels der Walze ausgeübt wird, und darin, dass die Kraftwirkung, die mittels der Gegendruckzone/-zonen auf die Innenfläche des Walzenmantels ausgeübt wird, betrachtet in der Richtung des Umfangs der Walze auf mehr als eine Stelle ausgeübt wird.
Die erfindungsgemäße Walze hat generell Gegendruckzonen, die an der Walzenachse gestützt sind und mit Hilfe von zumindest zwei Reihen von Gegendruckzonenelementen oder zwei fortlaufenden Gegendruckschuhen gebildet sind, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Walze erstrecken, oder mit Hilfe der zumindest beiden Reihen von Gegendruckzonenelementen oder kontinuierlichen Gegendruckschuhen und einer Gegendruckkammer. Die mittels der Elemente und/oder Gegendruckkammer in der Spaltebene erzeugte Summenkraft liegt in einer im wesentlichen zu der Kraft, die mittels der Reihe von Belastungselementen in der Belastungsrichtung des Spalts erzeugt wird, entgegengesetzten Richtung.
In der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die Innenfläche des Walzenmantels eingewirkt, und zwar über einen Bereich, der in der Umfangsrichtung wesentlich breiter ist als eine Reihe von Gegendruckschuhen.
Mit Hilfe der Gegendruckzonen wird eine Summenkraft erzeugt, die in der Spaltebene in einer Richtung entgegengesetzt zu der Kraft wirkt, die mittels eines Belastungselements erzeugt wird.
Wenn eine erfindungsgemäße Anordnung verwendet wird, wird das auf den Walzenmantel aufgeübte Spannungsniveau, insbesondere in dem Spalt, verringert und werden die mittels der Gegendruckzonen in dem Spalt erzeugten Deformationen beträchtlich minimiert.
Eine Minimierung der mittels der Gegendruckzonen in dem Spalt erzeugten Deformation vereinfacht die Regulierung der Walze in Zonen, verbessert die Genauigkeit einer solchen Regulierung und gestattet die Anwendung weniger Gegendruckzonenelemente in der Axialrichtung, wodurch eine einfachere Walzenkonstruktion erzielt wird.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein breiterer Regulierbereich erhalten, und zwar insbesondere in Richtung auf geringere Spaltbelastungen, wenn Gegendruckzonenelemente, die in zumindest zwei Reihen platziert sind, und zumindest eine Gegendruckkammer angewendet werden. Insbesondere ist mit einer geringeren Linearlast die Profilierbarkeit durch die Tatsache begrenzt, dass geringe oder Unterdrücke nicht in Belastungselementen anwendbar sind. In der vorliegenden Erfindung ist dieses Problem gelöst worden, indem der Nullpunkt eines Belastungsdruckes verschoben wird, der mittels einer Gegendruckkraft erzielt wird. In einem solchen Fall wird insbesondere mit einer niedrigen Linearlast ein großer Profilierbereich erzielt. Erfindungsgemäß ist es möglich, entweder Gegendruckelemente und/oder eine Gegendruckkammer mit einer unveränderlichen Last anzuwenden, oder Elemente oder eine Kammer, die in Reihen oder separat einstellbar sind, allerdings derart, dass die mit diesen erzeugte Gesamtgegendruckkraft im wesentlichen in der Richtung der Spaltebene wirkt.
In den beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung werden die Deformationen und Spannungen, die in den Spalten mit Hilfe der Gegendruckzonenelementen und/oder mit Hilfe der Gegendruckkammer erzeugt werden, minimiert, indem diese zweckmäßig um den Umfang der Walze positioniert werden und durch geeignete Wahl der Kraftgrößenordnungen.
Gemäß einem bevorzugten beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die mittels der Gegendruckzonen in dem Spalt erzeugten Spannungen derart eingerichtet, dass die Gesamtspannungen in dem Walzenmantel minimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zumindest zwei Reihen von Gegendruckelementen angewendet, in welchen Reihen die Gegendruckelemente in der Längsrichtung der Walze gegenüber der Belastungselemente platziert sind, und zwar beispielsweise gegenüber jedes zweiten oder dritten Belastungselements, oder in einer geeigneten Weise weniger häufig platziert sind, und zwar entweder so, dass in jeder Reihe die Gegendruckzonenelemente in der Längsrichtung der Walze an derselben Stelle in Bezug zueinander platziert sind, oder dass sie alternierend platziert sind. Die in jeder Reihe platzierten Gegendruckzonenelemente sind im wesentlichen über die Gesamtlänge der Walze in einem Abstand zueinander platziert.
Der Winkel zwischen den Reihen von Gegendruckzonenelementen in der Querrichtung der Walze wird in Abhängigkeit von der Anzahl von Reihen ausgewählt, wobei das Ziel im Prinzip darin besteht, die Reihen von Gegendruckzonenelementen derart zu platzieren, dass deren Summenkraft von dem Spalt weg wirkt. Die zwischen den Gegendruckzonenelementen vorhandenen Winkel sowie die Relativgrößenordnungen der Kräfte sind derart ausgewählt, dass die Deformationen und/oder Spannungen optimierbar sind.
Erfindungsgemäß kann in einer Walze mit einstellbarer Regulierung eine intensivierte Regulierung des Profils und eine Minimierung der Spannungen und/oder Deformationen, die in dem Spalt wirksam sind, auch dadurch erhalten werden, dass eine Walze verwendet wird, in der die Gesamtgegendruckkraft, die in dem Spalt wirksam ist, erzeugt wird, indem eine oder mehrere Gegendruckkammern verwendet werden. Dieses beispielhafte Ausführungsbeispiel ist insbesondere dann geeignet, wenn geringe Laufgeschwindigkeiten einer Papiermaschine verwendet werden, beispielsweise geringer als etwa 1200 m/min. Der Bereich der Erfindung schließt auch Ausführungsbeispiele ein, in denen Gegendruckzonenelemente und eine Gegendruckkammer in derselben Walze mit einstellbarer Durchbiegung platziert sind, so dass die Gesamtkraft, die mittels dieser Elemente und der Kammer erzeugt wird, im wesentlichen in der Richtung der Spaltebene wirkt. In einem besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung eine Walze, in der die Gegendruckzone mit Hilfe einer Gegendruckkammer erzeugt wird und kontinuierliche Gegendruckzonenelemente an den Rändern der Kammer als Axialdichtungen verwendet werden.
Erfindungsgemäß sind die Stellen und Kraftwirkungen der Gegendruckzonenelemente und/oder -kammern bevorzugt symmetrisch relativ zu der Spaltebene.
Somit ist anzumerken, dass erfindungsgemäß eine Gegendruckzone für eine Walze mit einstellbarer Durchbiegung entweder durch Anwendung eines Gegendruckzonenelements oder durch Anwendung von Gegendruckzonenelementen und einer Gegendruckkammer erzeugbar ist, die mittels Seitendichtungen sowohl mit Hilfe von Axialdichtungen als auch mit Hilfe von Enddichtungen definiert ist. Die Gegendruckzonenelemente können fortlaufende Gegendruckschuhe sein, wie etwa ein Schuh, der ein kontinuierlicher Schuh ist und eine Konstruktion aufweist, die den Schuh belastet. Ein Gegendruckzonenelement kann auch aus einer Reihe von Gegendruckschuhen gebildet werden, die individuelle Gegendruckschuhe aufweist, die in einer Reihe beabstandet zueinander platziert sind. Erfindungsgemäß besteht ein charakteristisches Merkmal der Gegendruckzone darin, dass die Kraftwirkung der Gegendruckzone auf die Innenfläche des Mantels ausgeübt wird, und zwar – betrachtet in der Richtung des Umfangs – auf mehr als eine Stelle oder Lage, und zwar über einen Bereich, der beträchtlich größer ist als in der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, in der lediglich ein Gegendruckzonenelement angewendet wird und in der die Summenkraft der Gegendruckzonen in der Spaltebene entgegengesetzt zu der Kraft ist, die mittels der entgegengesetzten Belastungselemente bzw. mittels des entgegengesetzten Belastungselements erzeugt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zumindest zwei Gegendruckzonenelemente verwendet, die entweder kontinuierliche Elemente oder Reihen von Gegendruckschuhen sind, oder zumindest eine Gegendruckkammer und zumindest zwei Gegendruckzonenelemente verwendet. Das Gegendruckzonenelement ist entweder ein kontinuierliches Gegendruckzonenelement oder eine Reihe von Gegendruckschuhen. Die Gegendruckzone gemäß der Erfindung wird im wesentlichen über die Gesamtlänge der Walze axial verteilt, wobei, wenn eine Reihe von Gegendruckschuhen angewendet wird, Gegendruckschuhe entweder mit demselben Abstand wie die Belastungsschuhe platzierbar sind oder mit einem weniger dichten Abstand entweder mit einem gleichmäßigen oder alternierenden Abstand relativ zu den Belastungsschuhen oder zwischen den Belastungsschuhen oder mit einem unterschiedlichen Abstand oder einem beliebigen Abstand. Erfindungsgemäß können in einer Gegendruckzone alle mittels der Elemente in der Gegendruckzone erzeugten Kräfte unveränderlich sein oder wird das Kraftniveau in den Kammern und die Relativgrößenordnungen der Kräfte mit Hilfe der Elemente reguliert, während die Summenkraft in der Spaltebene verbleibt. Gemäß einem beispielhaften Element werden die individuellen Schuhe oder Gruppen von Schuhen in den Reihen von Gegendruckschuhen separat reguliert.
Gemäß der Erfindung werden zwei Gegendruckzonenelemente verwendet, zwischen denen der Winkel im wesentlichen größer als 0° ist und beträchtlich kleiner ist als 180°, bevorzugt von etwa 50° bis etwa 140°. In höchst vorteilhaften Fällen sollten die Winkelwerte von etwa 92,6° oder etwa 101,2° erwähnt werden, in welchen Fällen jeweils die Umfangsdeformation und das Umfangsmoment im wesentlichen an der Spaltstelle 0 ist. Ebenso liegt ein vorteilhafter Wert des Winkels bei etwa 120°, in welchem Falle die Gesamtspannungen an dem Walzenmantel minimiert werden.
Wenn drei Gegendruckzonenelemente verwendet werden, ist das mittlere Gegendruckzonenelement an der gegenüberliegenden Seite des Spalts platziert, wobei der Winkel zwischen den äußersten Gegendruckschuhen beträchtlich größer als 0° ist und beträchtlich kleiner als 180° ist, wobei das Verhältnis der mittels der äußersten Reihen von Elementen erzeugten Kräfte zu den Kräften, die mittels der Mittelreihe erzeugt werden, zwischen 0,1 bis etwa 1,2 liegt, in welchem Falle die Umfangsdeformation und das Umfangsmoment praktisch bei beiden gleichermaßen bei 0 liegt, sofern das Verhältnis dieser Kräfte zwischen etwa 0,437 bis etwa 0,438 liegt. Sofern eine Gegendruckkammer angewendet wird, liegt deren Breite bevorzugt zwischen etwa 80° bis etwa 300°, wobei mit den Winkelwerten von etwa 180° eine Situation erhalten wird, in der die Umfangsdeformation 0 wird, wobei mit dem Winkelwert von etwa 193,6° das Umfangsmoment 0 wird. Weitere Winkelwerte zwischen 180° und 193,6° sind ebenso zweckmäßig. Ein weiteres bevorzugtes beispielhaftes Ausführungsbeispiel besteht auch darin, dass eine Gegendruckkammer vorhanden ist, die mittels zweier kontinuierlicher Gegendruckschuhe definiert und abgedichtet ist.
In der folgenden Beschreibung ist der Einfachkeit halber für ein Belastungselement der Begriff ”Belastungsschuh” verwendet und ist für ein Gegendruckzonenelement der Begriff ”Gegendruckschuh” verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und sollen den mittels der Patentansprüche eingegrenzten Bereich der Erfindung nicht einschränken. Es zeigen:
1A und 1B schematische Veranschaulichungen einer aus dem Stand der Technik bekannten Walze mit einstellbarer Durchbiegung;
1C eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden;
2A und 2B die Kräfte, die in einer Walze mit einstellbarer Durchbiegung wirksam sind, wenn zwei Reihen von Gegendruckschuhen angewendet werden, und zwar mit verschiedenen Winkelwerten zwischen den Reihen;
3 eine schematische Längsschnittansicht einer Walze mit einstellbarer Durchbiegung, in der zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden;
4A eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung, in der drei Reihen von Gegendruckschuhen vorhanden sind;
4B eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung, in der vier Reihen von Gegendruckschuhen vorhanden sind;
5 eine schematische Veranschaulichung der Kräfte, die in einer Walze 30 mit einstellbarer Durchbiegung wirksam sind, sofern drei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden (nicht Teil der Erfindung);
6A eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels, das nicht Teil der Erfindung ist und in welchem eine Gegendruckkammer verwendet wird;
6B eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, das ebenfalls nicht Teil der Erfindung ist und in welchem eine Gegendruckkammer sowie eine Reihe von Gegendruckschuhen verwendet werden;
6C eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem eine Gegendruckkammer und zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden;
6D eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem eine Gegendruckkammer verwendet wird und in dem zwei kontinuierliche Gegendruckschuhe als Dichtungen der Kammer verwendet werden;
7 den Umfangsdeformations-Koeffizienten, sofern zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden, zwischen denen der Winkel etwa 92,6° beträgt;
8 die Kurve gemäß 7 in einem Polarkoordinatensystem;
9 den Umfangsmomenten-Koeffizienten des Mantels, sofern zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden, zwischen denen der Winkel etwa 92,6° beträgt, und zwar in einer Situation, in der die Umfangsdeformation in dem Spalt 0 beträgt;
10 den Umfangsmomenten-Koeffizienten, sofern zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden und der Winkel zwischen den Gegendruckschuhen etwa 101,2° beträgt;
11 die Kurve gemäß 10 in einem Polarkoordinatensystem;
12 den Umfangsdeformations-Koeffizienten, wenn drei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden, wobei W₁ = 1, W₂ = 0,437 und wobei der Winkel zwischen den äußersten Reihen von Schuhen etwa 180° beträgt (nicht Teil der Erfindung);
13 den Umfangsdeformations-Koeffizienten, sofern eine Reihe von Gegendruckschuhen verwendet wird (Stand der Technik);
14 die Kurve gemäß 13 in einem Polarkoordinatensystem (Stand der Technik);
15 den Umfangsmomenten-Koeffizienten, wenn eine Reihe von Gegendruckschuhen verwendet wird (Stand der Technik);
16 die Kurve gemäß 15 in einem Polarkoordinatensystem (Stand der Technik);
17 den Umfangsmomenten-Koeffizienten und den Umfangsdeformations-Koeffizienten an dem Spalt, sofern zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden und sofern sich der Winkel zwischen diesen Reihen ändert;
18 den Umfangsmomenten-Koeffizienten und den Umfangsdeformations-Koeffizienten an dem Spalt, sofern drei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden und sofern der Winkel zwischen den äußersten Reihen von Gegendruckschuhen etwa 180° beträgt; und
19 den Umfangsmomenten-Koeffizienten und den Umfangsdeformations-Koeffizienten an dem Spalt, sofern eine Gegendruckkammer verwendet wird (nicht Teil der Erfindung).
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1A zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Walze 10' mit einstellbarer Durchbiegung, die eine massive Zentralachse 11' und einen Walzenmantel 12' aufweist, der drehbar an der Achse 11' montiert ist. Belastungselemente 13' sind an der Walzenachse 11' gestützt und positioniert, um auf eine Innenfläche des Mantels 12' in der Richtung einer Spaltebene 16 zu wirken, die als die Ebene definiert ist, die durch die Zentralachse der Walzenachse 11' und die Zentralachse einer Gegendruckwalze 15' in spaltdefinierender Beziehung mit der Walze 10' geht. Gegendruckzonenelemente 14' werden auch an der Walzenachse 11' gestützt und positioniert, um in der Spaltebene 16 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Belastungsrichtung der Belastungselemente 13' zu wirken. Somit liegt der Winkel zwischen den Reihen von Gegendruckzonenelementen 14', beispielsweise Gegendruckschuhe, und der Reihe von Belastungsschuhen 13' bei 180°. Die Enden-Lagerungen und weitere Zubehörteile in der Walze sowie detailliertere Konstruktionsmerkmale der Walze sind der Einfachkeit halber in den Figuren weggelassen worden. Diese Konstruktion verkörpert aus dem Stand der Technik bekannte Walzen mit einstellbarer Durchbiegung, die in der Längsrichtung eine Reihe von Belastungselementen 13' und eine Reihe von Gegendruckschuhen 14' einschließen, die beabstandet zueinander platziert sind.
1B zeigt die Innenkräfte, die in einer Walze mit einstellbarer Durchbiegung in dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel wirksam sind. Die Belastungselemente 13', beispielsweise Belastungsschuhe 13', erzeugen eine Kraft N' in der Spaltebene 16, die zwischen der Walze 10' mit einstellbarer Durchbiegung und der Gegendruckwalze 15' in einer Richtung auf die Gegendruckwalze 15' definiert ist, wobei die Gegendruckzonenelemente 14', d. h. die Gegendruckschuhe, eine Kraft W₁' in der Gegenrichtung erzeugen. In diesem Falle ist die Umfangsdeformation groß. Die Deformation als eine Funktion des Winkels β ausgehend von der Belastungsrichtung in der Spaltebene ist aus den 13 und 14 ersichtlich. Wie aus den 15 und 16 hervorgeht, sind die Umfangsmomente groß, wobei der Momenten-Koeffizient am Spalt 0,08 beträgt und bei der Kraft von W₁ = 0,24 das Maximum ist. Die Momenten-Koeffizienten sind proportional zu den Umfangsspannungen in dem Walzenmantel.
In den 7 bis 18 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung und des Standes der Technik im Vergleich gezeigt, indem die Spannungen (in Form des Umfangsmomenten-Koeffizienten) und die Radialabweichungen (in Form des Umfangsdeformations-Koeffizienten), die durch Gegendruckzonenelemente verursacht werden, verglichen werden. Das genaueste Berechnungsverfahren zur Berechnung dieser Koeffizienten würde das sogenannte Verfahren finiter Elemente sein, das auch in der endgültigen Optimierung in jedem praktischen Fall verwendet wird. Allerdings werden, um den Vergleich einfach mit klar definierten Kurven zu bewerkstelligen, die Koeffizienten für die Ausführungsbeispiele der 7 bis 18 berechnet, indem üblicherweise bekannte analytische Formeln für Spannungen und Verformungen verwendet werden. Um dies zu bewerkstelligen, sind bestimmte Vereinfachungen angestellt worden, ohne eine signifikante Auswirkung auf die Vergleichsergebnisse zu verursachen, beispielsweise wurde das Gewicht des Mantels vernachlässigt, wobei angenommen wird, dass die Gegendruckzonenelemente in der Axialrichtung fortlaufend sind und der Mantel relativ zu seinem Durchmesser dünn ist.
Die analytischen Formeln des Umfangsmoments und der Deformation für konzentrierte und verteilte Belastungen, die in den Ausführungsbeispielen der 1A und 5 verwendet werden, sind gemeinhin bekannt und können in der Fachliteratur gefunden werden. Analytische Formeln, die für die Gesamtheit der weiteren Ausführungsbeispiele verwendet werden, werden unter Anwendung des üblicherweise verwendeten Superpositionsprinzips angewendet.
Um einen unmittelbaren Vergleich zwischen den Ausführungsbeispielen der 7 bis 18 zu ermöglichen, wird die Summenkraft der Gegendruckzonen in allen Fällen gleichgesetzt, wobei dimensionslose Momenten- und Deformations-Koeffizienten verwendet werden. Für einen bestimmten Walzenmantel ist der Umfangsmomenten-Koeffizient unmittelbar proportional zu dem Ringbiegemoment und somit auch zu den Umfangsspannungen. In gleicher Weise ist der Umfangsdeformations-Koeffizient direkt proportional zu der Umfangsdeformation (d. h. der Radialabweichung).
In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden die Konstruktionseinzelheiten der Gegendruckschuhe oder der Gegendruckkammern nicht ausführlich erörtert, da sie basierend auf dem Stand der Technik offensichtlich für den Fachmann sind.
Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichartige Elemente in dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung beziehen, hat, wie in 1C gezeigt, die Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung eine langgestreckte Reihe von Belastungselementen 13 und langgestreckte Reihen von Gegendruckzonenelementen, die zwischen dem drehenden Mantel 12 und der massiven statischen ortsfesten Zentralachse 11 angeordnet sind. In der Längsrichtung der Walze 10 sind mehrere Gegendruckzonenelemente vorhanden, d. h. Gegendruckschuhe 20, 21, und zwar in einer Reihe nacheinander in einen Abstand zueinander. Das Gegendruckzonenelement kann auch kontinuierlich sein und sich über Längsabschnitte der Walze 10 und selbst über die Gesamtbreite der Walze 10 erstrecken. Der Winkel α zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen oder den kontinuierlichen Gegendruckschuhen 20, 21 liegt bei 0 < α < 180°, wobei der Winkel zwischen den Gegendruckschuhen 20, 21 derart ausgewählt wird, dass die Deformationen/Spannungen optimierbar sind, und zwar beispielsweise durch Experimente und Versuchsauswertungen. Bei der Auswahl des Winkels α ist auch berücksichtigt worden, dass die Summenkraft der Kräfte W₂ der Gegendruckschuhe 20, 21 (2A und 2B) in der Spaltebene 16 in der Richtung weg von dem Spalt wirken.
2A und 2B veranschaulichen die Innenkräfte, die in der Walze 10 wirksam sind, wenn ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet wird, d. h. eine Walze mit zwei Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 mit verschiedenen Werten des Winkels α. Die Belastungskräfte der Gegendruckschuhe 20, 21 können unabhängig voneinander ausgewählt werden sowie unabhängig von den Belastungskräften, die durch die Belastungselemente 13 vorgesehen werden, um optimale Betriebsbedingungen zu erhalten.
In 2A beträgt der Winkel α zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 etwa 92,6°, in welchem Falle die Umfangsdeformation an dem Spalt 0 beträgt, wie in den 7 und 8 ersichtlich ist, die die Deformation als eine Funktion des Winkels β von der Belastungsrichtung in der Spaltebene zeigen, wobei der Umfangsmomenten-Koeffizient an dem Spalt weniger ist als etwa +0,02, und das Maximum bei W₂ etwa +0,10 beträgt, was aus 9 ersichtlich ist. Dies ist ein hochvorteilhaftes beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 2B beträgt der Winkel α₁ zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 etwa 101,2°, in welchem Falle das Umfangsmoment an dem Spalt 0 beträgt, wobei der Maximalkoeffizient bei W₂ etwa 0,13 beträgt. Dieses beispielhafte Ausführungsbeispiel ist in den 10 und 11 veranschaulicht.
Wenn es wünschenswert ist, die Gesamtspannungen in dem Walzenmantel zu minimieren, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel herausgefunden worden, dass der Winkel zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 vorteilhafterweise auf etwa 120° ausgewählt wird.
3 zeigt eine Längsschnittansicht einer Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung gemäß 1, in der die Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 gezeigt sind, die in der Längsrichtung angeordnet werden können, und zwar relativ zu der gleichmäßigen Beabstandung der Belastungselemente 13 mit einer gleichmäßigen Beabstandung (Abschnitt A), so dass eine 1:1-Übereinstimmung vorhanden ist, oder mit einer weniger dichten Beabstandung (Abschnitt B: 2:1-Übereinstimmung mit den Belastungselementen 13; Abschnitt C: 2:1-Übereinstimmung mit den Belastungselementen 13; Abschnitt D: 3:1-Übereinstimmung mit den Belastungselementen 13) entweder alternierend in jeder Reihe (Abschnitt B) oder derart, dass jeder zweite Schuh in jeder Reihe (20, 21) (Abschnitt C) weggelassen wird, oder jeder dritte Schuh erhalten wird (Abschnitt D). Die Reihe von Belastungsschuhen 13 ist mittels der gestrichelten Linien veranschaulicht. In einer Walze 10 ist es in der Längsrichtung möglich, entweder ein Positionieren der Gegendruckschuhe 20, 21 gemäß einem der Abschnitte A, B, C, D oder Kombinationen der verschiedenen Abschnitte A, B, C und D zu verwenden, die zweckmäßig nach Erfordernis oder nach Wunsch ausgewählt sind. In der Längsrichtung können die Gegendruckschuhe 20, 21 auch zwischen den Belastungsschuhen 13 oder mit einer beliebigen Beabstandung relativ zu den Belastungsschuhen eingerichtet werden.
4A zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den anderen Hinsichten dem in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel gleicht, wobei jedoch die Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung drei Reihen von Gegendruckschuhen 30, 31, 32 einschließt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Winkel α zwischen den äußersten Reihen von Gegendruckschuhen 30, 32 beträchtlich größer als 0° und kleiner als 360°, wobei der Mittelschuh 31 gegenüber dem Belastungsschuh 13 platziert ist, d. h. der Winkel zwischen dem Belastungsschuh 13 und der Mittelreihe vom Gegenschuh 31 beträgt 180°. Die Wirkungen der mittels der Belastungsschuhe und mittels der Gegendruckschuhe 30, 31, 32 in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel erzeugten Kräfte sind in den 5 und 12 ersichtlich. In der in 12 veranschaulichten Berechnung gilt: Winkel α = 180°, und W₂ = 0,437·W₁, wobei die Umfangsdeformation an dem Spalt 0 beträgt. In einem solchen Fall ist auch das Umfangsmoment an dem Spalt 0, was aus 18 ersichtlich wird.
Das in 4B gezeigte beispielhafte Ausführungsbeispiel gleicht in den meisten anderen Hinsichten den beispielhaften Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 4A, wobei jedoch die Walze mit einstellbarer Durchbiegung vier Reihen von Gegendruckschuhen 40, 41, 42, 43 einschließt und die Winkel derart bestimmt sind, dass der Winkel α beträchtlich größer ist als 0, wobei α + 2β beträchtlich kleiner als 360° ist. Diesbezüglich ist verständlich, dass mehr als vier Reihen von Gegendruckzonenschuhen an der Walzenachse angeordnet werden können, um auf die Innenfläche des Walzenmantels zu wirken, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
6A zeigt eine Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung, in der die Gegendruckzone mit Hilfe einer Gegendruckkraftkammer 50 gebildet worden ist, in der ein Druckmedium ausgerichtet wird, um eine Vielzahl von Kräften zu verursachen, die auf die Abschnitte der Innenoberfläche des Walzenmantels auszuüben sind, die die Gegendruckkraftkammer 50 definieren. 6B zeigt eine Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung, in der die Gegendruckzone mit Hilfe einer Gegendruckkraftkammer 50 und einer Reihe von Gegendruckschuhen 51 gebildet worden ist. 6C zeigt eine Walze mit einstellbarer Durchbiegung, in der die Gegendruckzone mit Hilfe einer Gegendruckkraftkammer 50 und zweier Reihen von Gegendruckschuhen 52, 53 gebildet worden ist. 6D zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung, in der fortlaufende Gegendruckschuhelemente 54, 55 als Seitendichtungen der Gegendruckkraftkammer 50 in der Axialrichtung verwendet werden. In den 6A bis 6D beträgt der Winkel α, d. h. der Winkel zwischen den Gegendruckschuhelementen 20, 21 in der Reihe von Gegendruckschuhen, wesentlich mehr als 0° und wesentlich weniger als 360°, wobei die Breite γ der Gegendruckkammer ebenfalls beträchtlich größer als 0° ist und beträchtlich kleiner als 360° ist. In den anderen Gesichtspunkten entsprechen die in den 6C bis 6D gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiele den in den 1, 4A und 4B gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispielen, wobei entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
In den 7 bis 18 sind verschiedenartige Kurven in Beziehung zu den verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung und der aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktion dargestellt. 7 veranschaulicht den Umfangsdeformations-Koeffizienten, wenn die Walze 10 mit einstellbarer Durchbiegung zwei Reihen von Gegendruckschuhen 21, 22 einschließt und wenn der Winkel zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen etwa 92,6° beträgt. Die Vertikalachse stellt den Umfangsdeformations-Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel β (siehe die schematische Darstellung in der Figur) darstellt. Der Umfangsdeformations-Koeffizient an dem Spalt beträgt 0, wenn α = 92,6°. 8 zeigt die Kurve gemäß 7 in einem Polarkoordinatensystem. 9 veranschaulicht den Umfangsmomenten-Koeffizienten in der Situation, die in den obigen 7 und 8 dargestellt ist, sofern zwei Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 verwendet werden und sofern der Winkel α etwa 92,6° beträgt, wobei die Umfangsdeformation an dem Spalt bei 0 liegt. Die Vertikalachse stellt den Umfangsmomenten-Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel β darstellt (siehe zusätzliche Veranschaulichung neben der Figur). 10 zeigt den Umfangsmomenten-Koeffizienten, wenn der Winkel zwischen den beiden Reihen von Gegendruckschuhen 20, 21 etwa 101,2° beträgt. Die Vertikalachse stellt den Umfangsmomenten-Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel β darstellt (siehe zusätzliche Veranschaulichung neben der Figur). Die in 12 gezeigte Kurve bezieht sich auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel, in welchem drei Reihen von Gegendruckschuhen 30, 31, 32 vorhanden sind, wobei die Figur den Umfangsdeformations-Koeffizienten zeigt, wenn gilt: W₂ = 0,437W₁. Die in 13 gezeigte Kurve veranschaulicht den Umfangsdeformations-Koeffizienten in einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, in der eine Reihe von Gegendruckschuhen vorhanden ist. Die Vertikalachse stellt den Umfangsdeformations-Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel β darstellt (siehe Veranschaulichung neben der Figur). 14 zeigt den Umfangsdeformations-Koeffizienten nach 13 in einem Polarkoordinatensystem. Ferner zeigt 15 den Umfangsmomenten-Koeffizienten in einer aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktion, in der eine Reihe von Gegendruckschuhen vorhanden ist. Die Vertikalachse stellt den Umfangsmomenten-Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel β darstellt (siehe zusätzliche Veranschaulichung neben der Figur), und 16 die Kurve aus 15 in einem Polarkoordinatensystem zeigt.
17 zeigt den Umfangsmomenten-Koeffizienten M und den Umfangsdeformations-Koeffizienten ΔR an dem Spalt mit unterschiedlichen Werten des Winkels α zwischen den Reihen von Gegendruckschuhen, wenn zwei Reihen von Gegendruckschuhen verwendet werden. Die Vertikalachse stellt den Koeffizienten dar, wobei die Horizontalachse den Winkel α darstellt (siehe zusätzliche Veranschaulichung in der Figur). Der Umfangsdeformations-Koeffizient ΔR nimmt den Wert 0 an, wenn der Winkel α etwa 92,6° beträgt. Der Umfangsmomenten-Koeffizient nimmt den Wert 0 an, wenn der Winkel α etwa 101,2° beträgt. 18 zeigt die Umfangsmomenten- und Umfangsdeformations-Koeffizienten M, ΔR an dem Spalt relativ zu einem beispielhaften Ausführungsbeispiel mit drei Reihen von Gegendruckschuhen 30, 31, 32, in welchem der Winkel α bei 180° liegt und das Verhältnis W₂/W₁ (Horizontalachse) innerhalb des Bereichs von 0 bis 1 variiert. Aus der Figur ist ersichtlich, dass mit den Werten 0,437 bis 0,438 des Verhältnisses beide Koeffizienten im wesentlichen 0 sind. Die in 19 gezeigte Kurve zeigt den Umfangsmomenten-Koeffizienten M und den Umfangsdeformations-Koeffizienten ΔR mit verschiedenen Werten der Breite γ/2 der Gegendruckkammer (Horizontalachse), während die Gegendruckkraft unverändert verbleibt. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Umfangsmomenten-Koeffizient 0 ist, wenn γ bei 193,6° liegt, wobei der Umfangsdeformations-Koeffizient 0 ist, wenn γ = 180°.
Die oben dargelegten Beispiele sind nicht als die einzigen gedacht. Vielerlei andere Variationen der vorliegenden Erfindung würden dem Fachmann offensichtlich erscheinen und innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche liegen. Beispielsweise ist in den obigen Beschreibungen einer Walze mit einstellbarer Durchbiegung mit zwei Reihen von Gegendruckelementen der Parameter, der variiert wird, der Winkel zwischen den Reihen. Allerdings ist verständlich, dass die beiden Reihen bezüglich der Spaltebene symmetrisch oder nicht symmetrisch angeordnet werden können. Ebenso ist offensichtlich, dass jegliche Anzahl von Gegendruckzonenelementen und/oder Gegendruckkammern zwischen dem Walzenmantel und der Walzenachse gemäß der erwünschten Situation positionierbar sind.

Claims

Verfahren zur Regulierung einer Belastung einer Walze (10) mit einstellbarer Durchbiegung in spaltdefinierender Beziehung mit einer Gegendruckwalze (15), wobei die Walze (10) mit einstellbarer Durchbiegung eine ortsfeste Walzenachse (11), einen Walzenmantel (12), der drehbar an der Walzenachse (11) montiert ist, und eine Belastungseinrichtung (13) hat, die an der Walzenachse (11) in Eingriff mit einer Innenfläche des Walzenmantels (12) angeordnet ist, mit den Schritten: Ausüben einer Belastungskraft von der Belastungseinrichtung (13) in Richtung des Spalts in einer Richtung einer Spaltebene, die als die Ebene definiert ist, die durch eine Zentralachse der Walze (10) und eine Zentralachse der Gegendruckwalze (15) geht, um eine Abweichung des Walzenmantels (12) und/oder eine Linearbelastung in dem Spalt zu regulieren, und Ausüben einer Kraft innerhalb einer Gegendruckzone auf die Innenfläche des Walzenmantels (12) an jeder einer Vielzahl von verschiedenen Stellen in der Umfangsrichtung der Walze (10), um eine Summenkraft zu erzeugen, die in der Spaltebene in einer Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zu der mittels der Belastungseinrichtung (13) erzeugten Belastungskraft wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckzone dadurch vorgesehen wird, dass Gegendruckzonenelemente (20, 21; 30, 31, 32; 40, 41, 42, 43, 52, 53; 54, 55) in zumindest zwei Reihen angeordnet werden, wobei der Winkel (α) zwischen den äußersten Reihen (20, 21; 31, 32, 52, 53) oder den Mittelreihen (41, 42) sich innerhalb eines Bereichs von etwa 50° bis etwa 140° in der Umfangsrichtung der Walze (10) befindet, und wobei der Winkel und die Relativbeträge der auf die Gegendruckzonenelemente aufgebrachten Kräfte derart ausgewählt sind, dass die durch diese Elemente verursachte Deformation in dem Spalt eines bestimmten Walzenmantels minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Gegendruckzone vorgesehen wird, indem eine Gegendruckkammer (50) angeordnet wird und die zumindest zwei Reihen von Gegendruckzonenelementen (52, 53; 54, 55) darin platziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Gegendruckzonenelemente (20, 21; 30, 31, 32; 40, 41, 42, 43; 52, 53; 54, 55) und/oder die Gegendruckkammer (50) mit einer unveränderlichen Belastung belastet wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Belastungskräfte der Gegenzonenelemente (20, 21; 30, 31, 32; 40, 41, 42, 43; 52, 53; 54, 55) und/oder die Gegendruckkammer (50) reguliert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskraft jedes Gegendruckzonenelements (20, 21; 30, 31; 40, 41, 42, 43; 52, 53; 54, 55) separat reguliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Deformation der Umfangsform des Walzenmantels (12) an dem Spalt, die durch die Gegendruckzonenelemente (20, 21; 30, 31, 32; 40, 41, 42, 43; 52, 53; 54, 55) und/oder durch die Gegendruckkammer (50) erzeugt wird, minimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Umfangsverformungen in dem Walzenmantel (12) an dem Spalt, die durch die Gegendruckzonenelemente und/oder durch die Gegendruckkammer erzeugt werden, minimiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren die Gesamtverformungen in dem Walzenmantel (12) minimiert werden.
Walze mit einstellbarer Durchbiegung, die in spaltdefinierender Beziehung mit einer Gegendruckwalze (15) angeordnet ist, mit einer ortsfesten Walzenachse (11), einem Walzenmantel (12), der drehbar an der Walzenachse (11) montiert ist, einer Belastungseinrichtung (13), die an der Walzenachse (11) in Eingriff mit einer Innenfläche des Walzenmantels (12) gestützt ist, um den Walzenmantel (12) in einer Spaltbelastungsrichtung zu belasten, und einer Gegendruckkraftausübungseinrichtung (20, 21; 50, 54, 55; 50, 52, 53), die innerhalb einer Gegendruckzone auf der Walzenachse (11) zur Ausübung einer Vielzahl von Gegendruckkräften gegen die Innenfläche des Walzenmantels (12) in verschiedenen Richtungen derart abgestützt ist, dass die Summe der Gegendruckkräfte sich in der Spaltebene in einer Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zu der Spaltbelastungsrichtung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Walzenachse (11) gestützte Gegendruckzone gebildet wird mittels zumindest zweier Reihen von Gegendruckzonenelementen (20, 21; 30, 31, 32; 40, 41, 42, 43), wobei der Winkel (α) zwischen den äußersten Reihen (31, 32) innerhalb eines Bereichs von etwa 50° bis etwa 140° in der Umfangsrichtung der Walze (10) liegt, wobei die Gegendruckzonenelemente in der Längsrichtung in einem Abstand angeordnet worden sind, der sich von dem Abstand der Belastungselemente unterscheidet.
Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Beziehung zu der Reihe von Belastungselementen die Reihen von Gegendruckzonenelemente weniger dicht alternierend (3; Abschnitt B, Abschnitt C, Abschnitt D) bewerkstelligt worden sind, und zwar entweder alternierend in jeder Reihe (Abschnitt B) oder derart, dass jedes zweite Gegendruckzonenelement weggelassen worden ist (Abschnitt C) oder dass zwei von drei Gegendruckzonenelementen entfernt worden sind (Abschnitt D).
Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Gegendruckzonenelementen im wesentlichen symmetrisch zu der Spaltebene platziert sind und dass der Winkel (α) dazwischen bevorzugt 92,6° oder 101,2° oder 120° ist.