DE69716486T2

DE69716486T2 - Hydrostatisches stützelement für durchbiegungseinstellwalzen

Info

Publication number: DE69716486T2
Application number: DE69716486T
Authority: DE
Inventors: P. Alfano; D. Deshpande
Original assignee: Beloit Technologies Inc
Current assignee: Beloit Technologies Inc
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2017-07-19
Also published as: DE69716486D1; CA2266934C; EP1009878B1; US5797826A; WO1998014660A1; EP1009878A1; CA2266934A1

Description

Die gegenwärtige Erfindung betrifft die Ausgleichskontrolle von Walzen ("crown control in rolls") und allgemein ausgedehnte Walzenspaltpressen. Insbesondere betrifft die gegenwärtige Erfindung eine Vorrichtung zur Ausgleichskontrolle unter Verwendung unterstützender hydraulischer Zylinder.
Der Erzeugung von Papier umfasst viele Schritte, in denen die Papierbahn zwischen einem Walzenspalt, der zwischen zwei Walzen oder zwischen einer Walze und einem Schuh einer ausgedehnten Walzenspaltpresse ausgebildet ist, läuft. Die Aufgabe eines Walzenspalts zwischen Walzen oder zwischen einer Walze und einem Schuh besteht darin, Druck auf die Papierbahn auszuüben. Da moderne Papiererzeugungsmaschinen bis zu 1016 Zentimeter (vierhundert Inch) oder mehr breit sind, kann das Beladen der Enden der Walzen entlang des zwischen der Walzen ausgebildeten Walzenspalts keinen gleichmäßigen Druck ausüben.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, einen graduellen Ausgleich auf den Oberflächen der Walze auszubilden. Der Ausgleich besteht in einem graduellen Anstieg des Durchmessers der Walze in Richtung Zentrum. Wenn eine Ausgleichswalze mit einer geraden Walze oder einer anderen Ausgleichswalze kombiniert wird und die Enden der sich gegenüberliegenden Walzen zusammengeführt werden, kann entlang der gesamten Länge der Walzen ein gleichmäßiger Druck erzeugt werden.
Ein Problem in Zusammenhang mit Ausgleichswalzen besteht darin, dass die Walzen nur bei einer bestimmten Ladung einen gleichmäßigen Druck produzieren. Diese Einschränkung kann von Bedeutung sein, da es oft wünschenswert ist, die Druckladung zu ändern, abhängig von Art und Stärke des erzeugten Papiers.
Ein anderes Verfahren der Ausgleichskontrolle umfasst die Positionierung eines nicht- rotierenden Unterstützungsbalkens in das Zentrum eines äußeren rotierenden Gehäuses, das die Walze ausbildet. Der Unterstützungsbalken unterstützt einen langen Kolben, oder eine Anzahl diskreter hydraulischer Kolben, die sich an die innere Oberfläche der Walze vom Inneren der Walze nahe dem Walzenspalt annähern und das Walzengehäuse gegen eine entgegengesetzte Walze zwingen. Derartige Ausgleichsunterstützungswalzen, bei denen sich das Walzengehäuse lateral relativ zum Unterstützungsbalken bewegt, sind als selbstladende kontrollierte Umlenkungsrollen ("self-loading controlled deflection rolls") bekannt. Wenn der Unterstützungsbalken mit einer Vielzahl an Unterstützungskolben verwendet wird, unterstützt jeder Kolben typischer Weise einen hydrodynamischen Schuh, der gegen die innere Oberfläche des rotierenden Mantels oder Walze fährt. Um Reibungskräfte zwischen dem hydrodynamischen Schuh zu verringern, wird typischer Weise Öl in eine Anzahl von Hohlräumen gepumpt, die in der oberen Oberfläche des Schuhs ausgebildet sind. Die Hohlräume dienen dazu, der Walze hydrodynamische Unterstützung bereitzustellen und einen Ölfilm bereitzustellen, der den Schuh von der Walzenoberfläche trennt. In einer typischen Schuhhohlraumanordnung, wie in U. S. Patent 4,825,520 beschrieben, (Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8) werden eine Vielzahl an Hohlräumen verwendet, mit individuellen Hohlräumen an entgegengesetzten Seiten der Walzenspaltunterstützungslinie angebracht, wobei die kontrollierte Umlenkungsrolle einen Walzenspalt mit einer entgegengesetzten Walze ausbildet. Die Aufgabe der Anbringung von Hohlräumen auf jeder Seite der, Walzenspaltunterstützungslinie besteht darin, die Selbstzentrierung des hydrodynamischen Gehäuses zu unterstützen.
Die Last auf dem rotierenden Gehäuse bei Ausbildung eines Walzenspalts zwischen dem Gehäuse und der entgegengesetzten Walze kann bemerkenswert sein. Eine typische last beträgt in etwa 1313,4 N/cm (750 Pfund pro linearem Inch). Mit einer Walzenspaltausdehnung von bis zu 1016 cm (400 Inch) kann die Last auf die Unterstützungsschuhe mehrere hunderttausend Kilogramm übersteigen. Wenn hohe Last mit hoher Tangentialgeschwindigkeit der gleitenden Schnittstelle zwischen den hydraulischen Unterstützungszylindern und der Innenseite des rotierenden Gehäuses oder Mantels kombiniert wird, dissipieren alle Reibungskräfte bemerkenswerte Energie. Die Geschwindigkeit der reibenden Schnittstellen ist in etwa die Geschwindigkeit der erzeugten Papierbahn. Typische Papierbahngeschwindigkeiten übertreffen gegenwärtig oft 914,4 Meter (3.000 Fuß) pro Minute. Jedoch werden Geschwindigkeiten von 1828,8 Meter (6.000 Fuß) pro Minute erwartet.
Leistungsanforderungen zum Drehen der Walze sind proportional zu den Reibungskräften zwischen dem rotierenden Mantel und den hydrodynamischen Schuhen und der linearen Geschwindigkeit der reibenden Schnittstelle. Reibungskräfte sind ein Produkt der Walzenspaltlast mal dem Reibungskoeffizienten. Somit ist eine Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitschuhen und der inneren Oberfläche des rotierenden Mantels wichtig für eine Verringerung der Leistungsanforderungen der kontrollierten Umlenkungswalze. Eine direkte Lösung besteht darin, die Fließrate hydraulischer Flüssigkeit zwischen den Gleitschuhen und der inneren Oberfläche des rotierenden Mantels zu erhöhen. Diese Lösung ist nicht befriedigend, da hohe Fließraten hydraulischer Flüssigkeit Kosten bezüglich installierter Pumpvermögen und Leistungsverlusten bezüglich der erforderlichen Pumpstärke verursachen. Zur selben Zeit verursachen hohe Fließraten Konstruktionsprobleme bei der Bereitstellung hoher Fließraten an die hydraulische hydrodynamische Schnittstelle zwischen den Gleitschuhen und der inneren Oberfläche des Mantels.
In U. S. Patent 4,404,724 von Christ, et al. wird die Verwendung eines Gleitschuhs mit einem einzelnen Hohlraum vorgeschlagen, der eine Versiegelungsleiste verwendet, die eine Breite von höchstens fünf oder zehn Millimeter aufweist. Die Versiegelungsleiste ist entlang des Umfangs integriert mit dem Kolben ausgebildet. Jedoch wird vorgeschlagen, dass sie vorzugsweise aus einem Material, das sich von dem des Kolbens unterscheidet, ausgeführt ist und in eine Rille im Kolben eingeführt wird. Das Christ, et al. Patent schlägt vor, dass mit diesem Design beträchtlich kleinere Reibungskräfte erzielt werden. Jedoch beschreibt Christ, et al., dass eine beträchtliche Abnützung der Versiegelungsleiste auftreten kann und des Weiteren kein Bauteil zur Zentrierung des Kolbens unter dem Walzenspalt bereitgestellt wird.
Benötigt wird eine verbesserte kontrollierte Ausgleichswalze, die bei Betrieb niedrigere Leistung benötigt.
Daher ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kontrollierte Umleitungswalze zur Verfügung zu stellen, welche die vorherig erwähnten Unzulänglichkeiten bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik überwindet und welche Reibung zwischen dem rotierenden Mantel und den Unterstützungskolben verringert.
Zur Lösung der Aufgabe ist die Walzenanordnung der Erfindung durch die Eigenschaften, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beansprucht werden, gekennzeichnet und die Erfindung stellt eine kontrollierte Umlenkungswalze gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 bereit.
Grundsätzlich weist der Basisteil des mindestens einen Kolbenbauteils gemäß der Erfindung hydrostatische Axiallagerbauteile ("hydrostatic thrust bearing means") mit Hohlräumen auf, die im Kolbenbasisteil ausgebildet sind, um komprimierte hydraulische Flüssigkeit aufzunehmen, um mit dem Kolbenhohlraum zum Zentrieren des Kolbens im Kolbenhohlraum zusammenzuwirken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet die kontrollierte Ausgleichswalze hydraulische Unterstützungskolben, die einen Schuh mit einem einzelnen hydraulischen Hohlraum aufweisen, der sich der inneren Oberfläche einer Walze annähert und sie unterstützt. Der Kolbenhohlraum ist um die Lastlinie ("line of load"), die am Walzenspalt zwischen der kontrollierten Ausgleichswalze und einer zweiten Walze ausgebildet ist, zentriert. Die Lastlinie, die durch den Walzenspalt zwischen den Walzen definiert wird, wird durch die hydraulische Flüssigkeit im Hohlraum unterstützt. Anders als Ausgleichsunterstützungskolben nach dem Stand der Technik, die eine Vielzahl an Hohlräumen in der Fläche des Unterstützungsschuhs aufweisen, um den Kolben unter der Last zu zentrieren, verwendet der Ausgleichsunterstützungskolben in dieser Erfindung hydrostatische Axiallager ("thrust bearings"), um diese Aufgabe zu erfüllen. Die Lager sind zwischen den Seiten des Kolbens und dem Kolbenhohlraum ausgebildet. Ba hydrostatische Axiallager die Zentrierungsfunktion bereitstellen, müssen die Unterstützungskolben nicht kippen, um die Zentrierungskräfte aufzubringen. Dieses fehlende Kippen ermöglicht die Verwendung eines dünneren Ölfilms. Der dünnere Ölfilm wiederum ermöglicht die Verwendung einer hydraulischen Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität. Die Verwendung einer hydraulischen Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität führt in Kombination mit höherem Druck der hydraulischen Flüssigkeit und eines einzelnen Hohlraums mit niedrigerer Bodenfläche zu einer Ausgleichsunterstützungswalze, die bemerkenswert geringere Reibungsverluste aufweist und gleichzeitig eine vernünftige Fließanforderung für hydraulische Flüssigkeiten. Ein alternativer Ausgleichsunterstützungskolben verwendet zwei Hohlräume im Unterstützungsschuh, die in Richtung senkrecht zur Maschine ("cross machine direction") angeordnet sind. Die zwei Hohlräume stellen Zentrierung in Richtung senkrecht zur Maschine bereit, während hydrostatische Axiallager in der Maschinenrichtung ("machine direction") Zentrierung in Maschinenrichtung bereitstellen.
Es ist eine Eigenschaft der gegenwärtigen Erfindung, eine kontrollierte Umlenkungswalze mit reduzierter Reibung zwischen dem rotierenden Mantel und den Unterstützungskolben bereitzustellen.
Es ist eine andere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, eine kontrollierte Umlenkungswalze mit selbst-zentrierenden Gleitschuhen bereitzustellen.
Es ist eine weitere Eigenschaft der gegenwärtigen Erfindung, eine kontrollierte Umlenkungswalze mit reduzierten Energieanforderungen bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Eigenschaft der gegenwärtigen Erfindung, eine kontrollierte Umlenkungswalze mit Vibrationsisolierung bereitzustellen.
Weitere Gegenstände, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Beachtung der beigefügten Zeichnungen hervor.
Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht der kontrollierten Umlenkungswalze der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht des in der kontrollierten Umlenkungswalze aus Fig. 1 verwendeten Ausgleichsunterstützungskolben.
Fig. 3 zeigt eine illustrative Schnittansicht eines Kolben nach dem Stand der Technik, welche die Walzenspaltlast und die durch die Gleitschuhe in einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik bereitgestellten Unterstützung zeigt.
Fig. 4 zeigt eine illustrative Schnittansicht des Kolbens und Gleitschuhs aus Fig. 2, in welcher die Walzenspaltlast und die Unterstützungskräfte des Gleitschuhs und Axiallagerlasten gezeigt sind.
Fig. 5 zeigt eine isometrische Ansicht eines in einer alternativen Ausführungsform der Ausgleichsunterstützungswalze der Erfindung verwendeten Kolbens.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf Fig. 1-5, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen, zeigt Fig. 1 ein Paar an entgegengesetzten Walzen, die einen Walzenspalt 20 ausbilden. Die untere Walze 22 ist von Art einer kontrollierten Ausgleichswalze. Die ausgleichskontrollierte Walze 20 weist ein äußeres Gehäuse 24 auf, das von einer Vielzahl an hydraulischen Zylindern mit Unterstützungskolben, oder Kolbenbauteilen, 26 unterstützt wird. Die Unterstützungskolben 26 sind in Kolbenhohlräumen 28 in einem lateralen Unterstützungsbalken 30 angebracht. Jedes Kolbenbauteil 26 weist einen Unterstützungsgleitschuh, oder Schuhteil, 32 auf, der fest mit einer Kolbenbasis, oder Kolbenteil, 34 verbunden ist oder eingebaut ist. Die Kolbenbasis 34 weist eine Ringrille 37 auf, die eine Dichtung 33 entgegennimmt, welche die Kolbenbasis innerhalb des Kolbenhohlraums 28 einsiegelt. In der Papiererzeugungstechnik wird die Kolbenbasis typischer Weise einfach als Kolben bezeichnet. Der Gleitschuh 32, der in der Papiererzeugungstechnik typischer Weise einfach als Schuh bezeichnet wird, weist eine obere Oberfläche 35 aus, welche durch Böden in Maschinenrichtung ("machine direction lands") 36 und Böden senkrecht zur Maschinenrichtung 38 ausgebildet ist. Die obere Oberfläche 35 ist in unterstützender Annäherung an die innere Oberfläche 40 des Gehäuses 24 angebracht. Hydraulischer Druck, der durch hydraulische Linien 45 bereitgestellt wird, führt dazu, dass die hydraulischen Unterstützungskolben 26 das Gehäuse 24 gleichmäßig gegen die obere Walze 23 unterstützen.
Da die Walzen 23, 22r Erzeugung oder der Prozessierung von Papier verwendet werden und da sich die Oberflächen 42, 44 der Walzen bei Gebrauch in nicht-gleitendem Kontakt mit der Papierbahn befinden, müssen die Walzen mit einer Oberflächengeschwindigkeit, die mit der Geschwindigkeit der prozessierten Papierbahn übereinstimmt, rotieren. Papier wird gegenwärtig mit Geschwindigkeiten von über 914,4 bis 1828,8 Meter (3.000 bis 6.000 Fuß) pro Minute erzeugt, was zu einer relativ hohen Oberflächengeschwindigkeit der Walzen 23, 22 führt. Die Böden 36, 38 des Schuhs 32 stehen in gleitendem Reibungskontakt mit der inneren Oberfläche 40 des Gehäuses 24.
Öl wird zu einem Hohlraum 46 in der Oberfläche, oder Fläche, 35 des Schuhs 32 geliefert. Das Öl wird unter Druck von einer Öffnung 48 geliefert und fließt über die Böden 38, 36, wobei sich ein Ölfilm ausbildet, der die innere Oberfläche 40 des Gehäuses 22 schmiert. Das Öl im Hohlraum 46 unterstützt das Walzengehäuse durch Ausüben von Druck auf seine innere Oberfläche 40.
Fig. 3 zeigt einen hydraulischen Unterstützungskolben 50 nach dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung in Maschinenrichtung. Der Kolben weist einen Schuh 52 mit vier Hohlräumen 54 auf. Zwei der Hohlräume in der Maschinenrichtung sind in Fig. 3 zu sehen. Die Hohlräume 54 sind durch einen Zentralboden 56 in Richtung senkrecht zur Maschine getrennt. Fig. 3 zeigt ein oberes Kraftdiagramm 58, das die Form und Stärke der Last, die durch den Walzenspalt zwischen zwei entgegengesetzten Walzen erzeugt wird, darstellt. Ein Unterstützungskraftdiagramm 60 zeigt die Unterstützung, die durch die hydraulische Flüssigkeit in den Kolbenhohlräumen 54 und durch einen Ölfilm, der sich auf dem Zentralboden 56 und den Seitenböden 62 ausbildet, bereitgestellt wird. Unterstützungskolben 50 nach dem Stand der Technik werden typischer Weise mit Hohlräumen auf jeder Seite des Walzenspalts ausgeführt, weil diese Konstruktion die balancierende Kraft bereitstellt, die ein Kippen des Kolbens 50 unter den Walzenspalt verhindert. Eine Anordnung von vier Hohlräumen stellt eine Antikipp- oder Zentrierungsfunktion bereit, sowohl in Maschinenrichtung als auch in Richtung senkrecht zur Maschine.
Aufgrund der Anbringung von hydraulischen Unterstützungshohlräumen auf jeder Seite des Walzenspalts wird ein zentraler Boden 56 benötigt. Ein zentraler Boden, wie in Fig. 3 gezeigt, führt zu einer Kraftdiagrammregion 61 von niedrigerer hydraulischen Unterstützung dort, wo die angreifende Last am größten ist, wie im oberen Kraftdiagramm 58 gezeigt. Das Ergebnis dieses Ungleichgewichts in Unterstützung und Last sind Umlenkungen, welche die Dicke des Ölfilms über dem Zentralboden verringern. Die Verringerung des Ölfilms wiederum führt zu größeren Reibungskräften.
Die Verwendung ausgleichskontrollierter Walzen kann sehr energieintensiv sein. Die zum Antrieb einer konventionellen Walze benötigte Energie ist die, die zur Überwindung der Lagerreibung an den Aufhängungen notwendig ist, und etwas zusätzliche Energie, die notwendig ist, um die Biegeumlenkung in einer Ausgleichsrolle herbeizuführen. Auf der anderen Seite resultiert der reibende Kontakt zwischen den Unterstützungskolben und dem Gehäuse bei einer ausgleichskontrollierten Walze in bemerkenswerten Reibungsverlusten. Des Weiteren muss Öl in ausreichender Menge in die Hohlräume 54 gepumpt werden, damit der Druck in dem Hohlraum aufrecht erhalten wird und der Ölfilm auf den Böden aufrecht erhalten wird. Das Fließen des Öls ist auch wichtig, um die Hitze, die durch die Reibung zwischen dem Gehäuse und den Unterstützungskolben entsteht, abzuführen.
Um die Ursache der hochenergetischen Verwendung einer ausgleichskontrollierten Walze zu verstehen, ist es wichtig zu bemerken, dass Arbeit gleich einer Kraft ist, die über eine Distanz ausgeübt wird, und typischer Weise in N-m (Fuß-Pfund) gemessen wird. Die Menge an geleisteter Arbeit pro Zeiteinheit ist Leistung, gemessen in Pferdestärken oder Kilowatt. Die Menge an Reibungskraft hängt von der Normalkraft ab, die in einer typischen Papiererzeugungsanwendung in der Größenordnung von 1313,4 N/cm (750 Pfund pro linearem Inch) liegt. Die gesamte Normalkraft ist die Kraft pro linearem Zentimeter (Inch) mal der Breite der Walze.
In Tabelle 1 wird eine Anzahl an Designs basierend auf einer ausgleichskontrollierten Walze dargelegt, die 840,74 cm (331 Inch) breit ist und bei einer Maschinengeschwindigkeit von 1051,56 m (3.450 Fuß) pro Minute oder 17,526 m (57,5 Fuß) pro Sekunde läuft. Die Walzenspaltlast ist in allen Fällen auf 1313,4 N/cm (750 Pfund pro linearem Inch) gesetzt. Somit beträgt die Gesamtlast der Walze 1104271 N (248.250 Pfund). Der Reibungskoeffizient hängt von der Dicke des Ölfilms und der Ölviskosität ab. Für das erste Beispiel beträgt der Reibungskoeffizient 0,0084 bei einer resultierenden Reibungskraft von 9274,5 N (2.085 Pfund). 9274,5 N (zweitausendfünfundachtzig Pfund Kraft) mal 17,52 Meter (57,5 Fuß) pro Sekunde ist gleich 162489,2 Nm (119.900 Fuß-Pfund) pro Sekunde, was 160,3 kW (218 Pferdestärken) entspricht.
Zusätzlich zu den in einer ausgleichskontrollierten Walze durch Reibung verbrauchten Pferdestärken muss eine Ölfließrate bei bestimmtem Druck bereitgestellt werden. Auch die Ölfließrate mal dem Druck resultiert in einer Pferdestärkenanforderung.
Zusätzlich zu der Menge an aufgewendeter Energie betreffen andere Überlegungen die wünschenswerten Ölfließraten. Eine zu hohe Ölfließrate erschwert es, einen adäquaten Vorrat an Ölfluss durch die ausgleichskontrollierte Walze bereitzustellen. Hohe Fließraten erfordern auch große Hochdruckpumpen, die nicht nur viel Energie benötigen sondern auch teuer sind. Auf der anderen Seite kann ein zu niedriger Ölfluss unzureichend sein, um alle Wärme, die durch die Reibungskräfte erzeugt wird, abzuleiten.
Der Kolben und Schuh 50, 52 nach dem Stand der Technik müssen, um Rückstellkräfte zu entwickeln, in oder aus der Maschinenrichtung kippen. Notwendiger Weise führt das Kippen dazu, dass einer der Seitenböden 62 sich der Oberfläche des Gehäuses, das auf dem Schuh 52 nach dem Stand der Technik läuft, stärker annähert. Wenn der Ölfilm dünner wird, steigen lokale Reibungskräfte und zusätzliche Erwärmung an. Somit ist es in hydraulischen Unterstützungskolben 50 nach dem Stand der Technik notwendig, eine relativ dicke Filmschicht aufrechtzuerhalten, um ein Kippen des Zylinders zu ermöglichen, damit Zentrierungskräfte ohne exzessive Reibungslast erzeugt werden können.
Im hydraulischen Unterstützungskolben 26 der Erfindung, der in Fig. 2 gezeigt wird, positioniert ein Paar hydrostatische Axiallager 67, die durch einen Hohlraum 64 in der Oberfläche des festen Zylinders der Kolbenbasis 34 ausgebildet werden, an den Seiten der Kolbenbasis 34 in Maschinenrichtung den hydraulischen Unterstützungskolben 26 in der Maschinenrichtung. Zusätzlich positionieren hydraulische Axiallager 66, ebenso in der Kolbenbasis durch Hohlrum 66 in der Richtung senkrecht zur Maschine ausgebildet, den hydraulischen Unterstützungskolben 26 in der Richtung senkrecht zur Maschine. Jedes hydrostatische Axiallager 67, 69 wird durch eine Öffnung 68 mit Öl versorgt. Die Hohlräume 64, 66 wirken mit dem entgegengesetzten Teil des Kolbenhohlraums zusammen, um eine hydraulische Druckkammer auszubilden, um komprimierte hydraulische Flüssigkeit zu empfangen, um es den hydrostatischen Axiallagern zu ermöglichen, die Kolbenbasis zu zentrieren und sie während Betrieb der Walze zentriert zu halten.
Da die hydrostatischen Axiallager 67, 69 statische Lager sind, sind die erforderlichen Ölflüsse relativ klein. Da die Zentrierungsfunktion nicht von Hohlräumen in der oberen Oberfläche 35 des Schuhs 32 ausgeführt wird, kann ein einzelner Hohlraum 46 verwendet werden. Der einzelne Hohlraum weist keinen Zentralboden auf und die Gesamtfläche an Boden ist kleiner als in Unterstützungskolben 50 nach dem Stand der Technik.
Die Verwendung von hydrostatischen Axiallagern 67, 69 zur Bereitstellung der Selbstzentrierungsfunktion zur Unterstützung der Kolben 26 ermöglicht die Verwendung eines einzelnen hydraulischen Hohlraums im Schuh 32 und stellt somit eine bessere Anpassung der hydraulischen Unterstützung an die Walzenspaltlast dar. Die hydrostatischen Axiallager stellen auch Vibrationsdämpfung bereit und ermöglichen die Verwendung von hydraulischer Unterstützungsflüssigkeit geringerer Viskosität. Abnehmende hydraulische Pumpleistung resultiert aus einer geringeren Filmdicke zwischen den Unterstützungsschuhen und der inneren Oberfläche 40 des Gehäuses 24.
Fig. 4 zeigt ein oberes Kraftdiagramm 70, das die Stärke und Verteilung der Walzenspaltlast zeigt. Ein unteres Kraftdiagramm 72 zeigt die vom hydraulischen Öl in dem Hohlraum 46 des hydraulischen Unterstützungskolbens 26 erzeugten Kräfte. Wie gezeigt ist die Reaktionskraft, die von dem hydraulischen Kolben 26 erzeugt wird, besser an die Walzenspaltladung angepasst. Die hydrostatischen Axiallager 67 erzeugen seitlichen Druck, wie durch Kraftdiagramme 74 dargestellt. Zur Verbesserung der Stabilität weist der Kolben 26 eine Vielzahl an hydrostatischen Axiallager auf, die eines über dem anderen in Z-Richtung angebracht sind, wie in Fig. 2 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 kann man verbessertes Design Nr. 3 mit Design Nr. 1 vergleichen, das exemplarisch ist für ein in Unterstützungszylindern nach dem Stand der Technik verwendetem Design. Das verbesserte Schuhdesign resultiert in geringerer Reibungsleistung und geringerer Gesamtleistung. Jedoch ist aufgrund der geringen Größe der Oberfläche von Hohlraum 46 des Unterstützungsschuhs 32, dessen Hohlraum der inneren Oberfläche des Walzengehäuses ausgesetzt ist, ein höherer hydraulischer Druck erforderlich. Tabelle 1 Optimierung des hydrostatischen Schuhs
wobei
v - Ölviskosität
h - Filmdicke
Cf - Reibungskoeffizient
λ - Filmsteiffigkeit
Q - Ölfluss
Ps - Zulieferungsdruck
Hp - Pumpleistung
Hf - Reibungsleistung
Ht - Gesamtleistung
K - Verhältnis von Reibungsleistung zu Pumpleistung
Der höhere Druck bedeutet, dass mehr Öl über die Böden 36, 38 entweicht. Aufgrund dem Wunsch, die Gesamtpumpleistungsanforderung zu verringern, zeigt Design Nr. 4 die Verwendung einer geringeren Filmdicke, welche die hydraulischen Flussanforderungen auf lediglich 7,57 Liter (zwei Gallonen) pro Minute reduziert. Das neue Schuhdesign Nr. 4 kann mit Design Nr. 2 verglichen werden, das einen Schuh nach dem Stand der Technik verwendet, bei dem die Dicke des Ölfilms auch reduziert ist. Hier kann man sehen, dass, wie beim Vergleich mit den vorherigen Fällen, die Gesamtleistungsanforderungen um in etwa ein drittel abgenommen haben.
Der fünfte Fall in Tabelle 1 zeigt ein Design, das den verbesserten Schuh verwendet, wobei ein Öl geringerer Viskosität verwendet wird, das brauchbarer ist für die Verwendung bei Filmdicken von 0,00508 cm (zwei tausendstel eines Inch). Trotzdem eine geringere Ölviskosität den Ölverbrauch steigert, sinkt die Gesamtpferdestärke dramatisch auf vielleicht 30 Prozent von der in Design Nr. 1. Der verbesserte hydraulische Unterstützungszylinder 26 der Erfindung, wie in Fig. 1, 2 und 4 gezeigt, ist brauchbarer bei Verwendung mit einer Filmdicke von 0,00506 cm (zwei tausendstel eines Inch) als ein existierender Schuh, weil keine Notwendigkeit zum Kippen des Schuhs zur Erzeugung von Zentrierungskräften besteht. Die Zentrierungskräfte in dem hydraulischen Unterstützungszylinder 26 werden durch die hydrostatischen Axiallager 64, 66 bereitgestellt.
Um das Verhältnis von Reibungsleistung zu Pumpleistung zu minimieren, Sollte K zwischen 1 und 3 sein. In praxisnahen Designs ist dies scher zu erreichen, aber eine Untersuchung von Tabelle 1 zeigt, dass mit einem existierenden Schuh Design Nr. 1 einen praxisnäheren Fall als Design Nr. 2 repräsentiert. Von den Designs, die den verbesserten Schuh 26 verwenden, repräsentieren Designs Nr. 3 und 5 gute Praxisnähe.
In Fig. 4 ist ein Dichtungsring 33 in einer Rille 37 angebracht und versiegelt die Kolbenbasis in dem Kolbenhohlraum 28.
In Fig. 2 und 4 ist ersichtlich, dass die Seiten 41 des Hohlraums, die sich in Richtung senkrecht zur Maschine ausweiten und zu denen sich die innere Oberfläche des Gehäuses 40 bewegt, eine graduelle Kurve, oder abgerundeten Rand, 43 aufweisen, was eine Oberfläche bereitstellt, die den dünnen Flüssigkeitsfilm nicht abkratzt und somit Reibung reduziert.
Ein anderer Vorteil der Verwendung eines hydrostatischen Axiallagers zur Zentrierung der Unterstützungskolben 26 besteht darin, dass sie vollständig hydrostatisch unterstützt sind und somit Vibrationen zwischen dem Gehäuse 24 und den Unterstützungskolben 26 oder dem Unterstützungsbalken 30 weniger gut übertragen werden können. Dies resultiert in einer bemerkenswerten Dämpfung der Vibration.
Ein alternativer hydraulischer Unterstützungskolben 76, in Fig. 5 gezeigt, weist zwei Hohlräume 80 in dem Unterstützungsschuh 78 auf. Die Hohlräume 80 sind in Richtung senkrecht zur Maschine angeordnet und stellen somit Zentrierung in Richtung senkrecht zur Maschine bereit. Somit wird ein hydrostatisches Axiallager 82 einer einzelnen Maschinenrichtung auf jeder Seite bereitgestellt.
Die Hohlräume 80 werden durch Öllieferungslöcher 81 versorgt und die Böden 83 in Maschinenrichtung repräsentieren relativ kleine Bodenflächen direkt unter dem unterstützten Walzenspalt. Öllieferungslöcher 85 liefern Öl an die Axiallager 82 in Maschinenrichtung.
Die Kolbenbasis 84 ist rechteckig mit runden Rändern 86. Die rechteckige Basis 84 kann, wenn sie in einem rechteckigen Kolbenhohlraum (nicht gezeigt) angebracht ist, mehr Biegung des Unterstützungsbalkens 30 aufnehmen. Biegen des Balkens 30 in negativer Z-Richtung, wie in Fig. 1 gezeigt, führt nur zu einer Dimensionsänderung in Richtung senkrecht zur Maschine. Da in Richtung senkrecht zur Maschine keine statischen Axiallager angebracht sind, kann der Kolbenhohlraum auf der Kolbenbasis 84 überdimensioniert werden, um die Balkenablenkung aufzunehmen, während Lecken minimiert wird.
Das Dichten des Kolbens wird durch einen Dichtungsring (nicht gezeigt) bereitgestellt, der in einer Rille 88 angebracht ist und der Bestandteil eines kurzen zylindrischen Bereichs 90 des Kolbens ist.
Zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf die hierin gezeigten und beschriebenen Konstruktionen und Ausführungen beschränkt ist, sondern modifizierte Ausführungsformen davon umfasst, wie sie beansprucht werden.

Claims

1. Eine Papierbahn berührende Walzenanordnung zur Verwendung in einer Papiererzeugungsvorrichtung mit Richtungen entlang der Maschine und senkrecht zur Maschine, umfassend:

eine erste zylindrische Walze (23),

eine zweite zylindrische Walze (22) mit einem Walzengehäuse (24), das ein hohles Inneres mit einer inneren Oberfläche (40) aufweist,

einen stationären Unterstützungsbalken (30), der im hohlen Inneren der zweiten zylindrischen Walze (22) angebracht ist und der sich darin longitudinal ausweitet, wobei sich die zweite zylindrische Walze (22) der ersten Walze (23) annähert und dazwischen einen Walzenspalt (20) ausbildet,

eine Vielzahl an Kolben (26), die in einer entsprechenden Vielzahl an Kolbenhohlräumen (28) angebracht sind, die im Unterstützungsbalken (30) ausgebildet sind und dort longitudinal ausgerichtet sind, wobei sich die Kolben (26) in eine Walzenspaltrichtung hin und weg vom Walzenspalt (20) bewegen können, jeder Kolben (25) einen Kolbenbasisteil (34) zur wechselseitigen Bewegung innerhalb des Kolbenhohlraums (28) und einen gleitenden Schuh (32) aufweist, der auf dem Kolbenbasisteil (34) unterstützt wird,

wobei jeder Gleitschuh (32) eine obere unterstützende Fläche (35) aufweist, die nahe der inneren Oberfläche (40) der zweiten zylindrischen Walze (22) angebracht ist, wobei Teile des Gleitschuhs (32) einen Hohlraum (46) definieren, der unter der unterstützenden Fläche (35) zurückgesetzt ist und wobei aus dem Hohlraum (46) hydraulische Flüssigkeit ausgegeben wird, um einen unterstützenden Film auszubilden, der zwischen der unterstützenden Fläche (35) des Gleitschuhs und der inneren Oberfläche des Walzengehäuses (40) angenähert ist, um die zweite zylindrische Walze (22) in rotierender Annäherung zu unterstützen,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kolben (26) hydrostatische Axiallagerbauteile (67, 69) aufweist, die in einem Kolbenbasisteil (34) davon in mindestens eine der Richtungen senkrecht zur Maschine und entlang der Maschine ausgebildet sind, die hydrostatischen Axiallagerbauteile (67, 69) Hohlräume (64, 66) aufweisen, die im Kolbenbasisteil (34) ausgebildet sind, um komprimierte hydraulische Flüssigkeit aufzunehmen, um mit dem Kolbenhohlraum (28) zum Zentrieren des Kolbens (26) im Kolbenhohlraum (28) zusammenzuwirken, die Hohlräume (64, 66) an entgegengesetzten Seiten des Kolbenbasisteils (34) in mindestens eine der Richtungen senkrecht zur Maschine und entlang der Maschine ausgebildet sind.

2. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der beiden entgegengesetzten Seiten von jedem Kolben (26) in der Richtung zur Maschine mindestens ein hydrostatisches Axiallagerbauteil (67, 69) angebracht ist.

3. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Seite von jedem Kolben (26) in sowohl der Richtung zur Maschine als auch in der Richtung senkrecht zur Maschine mindestens ein hydrostatisches Axiallagerhohlraum (64, 66) angebracht ist.

4. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerbauteile (67, 69) mindestens zwei Axiallagerhohlräume (64, 64) umfassen, die sich in einem Abstand in einer Z-Richtung senkrecht zu einer Ebene, die von den Richtungen zur Maschine und senkrecht zur Maschine definiert ist, zueinander befinden.

5. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aus der Vielzahl an Kolben (26) einen Basisteil (34) aufweist, der im wesentlichen zylindrische Form aufweist.

6. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aus der Vielzahl an Kolben (26) einen im wesentlichen zylindrischen Basisteil (34) benachbart zum Gleitschuh (32) aufweist und der Gleitschuh (32) einen rechtwinkligen Teil (32) aufweist, der sich von der oberen unterstützenden Oberfläche (35) des Schuhs (32) ausweitet.

7. Die Walzenanordnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (78) einen ersten Hohlraum (80) und einen zweiten Hohlraum (80) in seiner Fläche aufweist, die Hohlräume (80) longitudinal zur zweiten Walze und in Richtung senkrecht zur Maschine angeordnet sind und durch einen Boden (83), der sich in der Richtung zur Maschine ausweitet, getrennt sind und jeder Hohlraum (80) hydraulische Unterstützung bereitstellt und die beiden ausgerichteten ersten und zweiten Hohlräume (80) Zentrierung der Walze in der Richtung senkrecht zur Maschine bereitstellen.

8. Eine kontrollierte Umlenkungswalze mit einem hohlen zylindrischen Walzengehäuse (24) mit inneren und äußeren Oberflächen (40, 44) und

mit einem Unterstützungsbalken (30), der eine Vielzahl an Kolbenhohlräumen (28) zur Aufnahme von Kolbenbauteilen (26) umfasst,

jedes Kolbenbauteil (26) umfasst einen Kolbenteil (34) zur wechselseitigen Bewegung innerhalb des Kolbenhohlraums (28) und einen Gleitschuhteil (32), der in den Kolbenteil (24) eingebaut ist, der Gleitschuhteil (32) weist eine Fläche (35) mit einem Hohlraum (46) zur Aufnahme hydraulischer Flüssigkeit zur Bereitstellung von Unterstützung der inneren Oberfläche des Walzengehäuses (24) auf,

dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteil (34) hydrostatische Axiallagerbauteile (67, 69) aufweist, die Hohlräume (64, 66) umfassen, die in dem Kolbenteil (34) ausgebildet sind, um komprimierte hydraulischer Flüssigkeit aufzunehmen, um mit dem Kolbenhohlraum (28) zum Zentrieren des Kolbenbauteils (26) im Kolbenhohlraum (28) zusammenzuwirken.

9. Eine kontrollierte Umlenkungswalze gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerbauteile (67, 69) mindestens ein Paar an entgegengesetzten Hohlräumen (64, 66) umfassen, die an dem Kolbenteil (34) angebracht sind zur Definition, zusammen mit dem entgegengesetzten Teil eines entsprechenden Kolbenhohlraums (28), einer hydraulischen Druckkammer zur Aufnahme komprimierter hydraulischer Flüssigkeit zum Betrieb auf dem Kolbenteil (34), um den Kolbenteil (34), der innerhalb seines Kolbenhohlraums (28) während Betrieb der kontrollierten Umlenkungswalze zentriert ist, zu zentrieren und zu erhalten.

10. Eine kontrollierte Umlenkungswalze gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerbauteile (67, 69) mindestens zwei Paar an entgegengesetzten Hohlräumen (64, 66) umfassen, die entgegengesetzten Paare in dem Kolbenteil (34) unter einem Winkel von 90º zueinander angebracht sind.

11. Eine kontrollierte Umlenkungswalze gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerbauteile (67, 69) mindestens zwei Paar an entgegengesetzten Hohlräumen (64) umfassen, die sich in einem Abstand in einer Z-Richtung senkrecht zu einer Ebene, die von den Richtungen zur Maschine und senkrecht zur Maschine relativ zu der kontrollierten Umlenkungswalze definiert ist, zueinander befinden.