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STUCKLISTE
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1 Walze 1' Gegenwalze 2 Walzenmantel 3 Zapfen 4 Bund 5 Planfläche
6 Axialdrucklager 7 Anschlag 8 Radiallager 8' Radiallager 9 Huberzeuger (Zug) 10
Huberzeuger (Druck) 11 Lagerauge 12 Kolbenstange 13 Hydraulikleitung 14 doppelwandiger
Walzenmantel 15 Steg 16 Zylinder 17 Zapfen 18 Kolbenstange 19 Kolben 20 Zylinderdeckel
21 Druckraum 22 Dichtung 23 Spannring 24 Keil-Hulsenpaar 25 geteilter Zylinderabschnitt
26 Spalt 27 Gewinde 28 Bohrung 29 Ring - ~ 30 Dichtung 31 Biegelinie 32 Ring 33
Scheibe 34 Drucköleintritt 35 Zahn-Kettenrad 36 Kipphebel~ glied 37 Hubspindel 38
Kniehebel 39 Kniehebel
Walze Die Erfindung bezieht sich auf eine
Walze mit einer Anordnung zum Aufzwingen einer der unter Last zu erwartenden Durchbiegung
entgegenwirkenden Gegendurchbiegung, bei der ein rotierend angetriebener hohler
Walzenmantel stirnseitig auf ortsfest angeordneten Zapfen gelagert ist.
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In allen Fallen, bei denen Uber Walzen radiale Kräfte aufzubringen
oder zu Ubertragen sind, bereitet die elastische Verformung, insbesondere die Durchbiegung
der Walze, besondere Probleme. Es wird beispielsweise
auf die Walzenkonstruktionen
aller Walzmaschinen, wie Kalander, Foulards ußw. hingewiesen. Um U diese Durchbiegung
in einigermaßen ertäglichen Grenzen zu halten, wird ein großes Trägheitsmoment und
damit, besonders bei gießen Walzenbreiten und bei großen DrUcken, ein großer Walzendurchmesser
erforderlich. Große Walzendurchmesser haben jedoch gegenuber kleineren bei gleichen
Gesamtdrucken den Nachteil des geringeren spezifischen Druckes und daher den Nachteil
geringerer Effekte, ganz abgesehen davon, daß auch Walzen mit großen Durch messern
nichtfrei von Durchbiegungen sein können.
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Es sind nun zahlreiche Versuche unternommen worden, um der Durchbiegung
dieser Walzen entgegenzuwirken oder gar die Durchbiegung zu verhindern.
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Es ist bekannt, die Achsen von Walzenpaaren zueinander schräg zu stelen
bzw. die Walzen durch interne konstruktive Maßnahmen steifer zu machen.
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Ein wesentlicher Erfolg konte damit nicht errungen werden.
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Eine andere Maßnahme, diesem Problem zu begegnen, war die Konstruktion
einer schwimmenden Walze (Melliand Textilberichte, 1958, 88/90). Dabei auf wird
ein Stahlrohrzylinder mit Spielleiner feststehenden Achse gelagert und das Spiel
mit einer Flüssigkeit ausgefullt, wobei zusätzliche Dichtungsleisten zwischen beiden
zylindrischen Teilen Kammern biZin. Man war nun der Meinung, daß die auf den Stahlrohrzylinder
einwirkende Kraft sich Uber die Flussigkeit auf die Achse Uberträgt, welche daraufhin
eine Verformung erfährt, während der Stahlrohrzylinder praktisch biegungsfrei
bleiben
soll. Ganz abgesehen davon, daß dabei erhebliche Dichtungsprobleme auftreten, kann
von einer Biegungsfreiheit des Stahlrohrzylinders kaum die Rede sein.
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Es ist darUberhinaus bekannt, der einzelnen Walze eine Durchbiegung
aufzuzwingen, die der aus der Belastung zu erwartenden Durchbiegung entgegenwirkt,
so daß gewissermaßen als Resultierende sich eine durchbieguqsfreie Walze ergibt.
Als Lösung dieses Grundsatzproblemes wird nach der FR-PS 983 915 (1,488.213) vorgeschlagen,
die Walzenständer, in denen die Walzenzapfen gelagert sind, durch Zug- und Druckmittel
so gegeneinander zu verspannen, daß durch die Schrägstellung der Lagerachsen in
diesen Ständern den Walzen eine Durchbiegung aufgezwungen wird. Es liegt allerdings
auf der Hand, daß eine solche Lehre praktisch unüberwindliche Schwierigkeiten mit
sich bringt, weil große Massen zu verformen sind, ohne daß sichergestellt werden
kann, daß die Verformung zu einer gezielten Durchbiegung in einem bestimmten Ausmaß
der in den Ständern gefUhrten Walzen führt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, der Walze mit einem
wesentlich geringeren konstruktiven und energiemößigen Aufwand eine Gegendurchbiegung
von genau kontrollierbarem Ausmaß aufzuzwingen, die der unter Last zu erwartenden
Durchbiegung so entgegenwirkt, daß tatsödhlich eine Uber bei die Länge der Walze
gleichbleibende Linien-pressung wieleiner praktisch durchbiegungsfreien Walze erreicht
wird.
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Ausgehend von der Lehre der FR-PS 983 915 (1.488.213) besteht die
Erfindung darin, daß die Zapfen innerhalb des Walzenmantels mit Huberzeugern gegeneinander
verspannt sind, wobei mindestens ein auf Druck beanspruchter Huberzeuger in dem
an der Gegenwalze anliegenden Bereich und mindestens ein auf Zug beanspruchter Huberzeuger
im gegenuberliegenden Bereich der Walze angeordnet sind. Als Huberzeuger eignen
sich im besonderen Hydraulikzylinder mit nach beiden Seiten wirkenden Kolbenstangen.
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Durch diese Huberzeuger, von denen also mindestens ein auf Druck und
ein auf Zug belasteter Erzeuger vorhanden sein müssen, ohne daß die Anzahl der Huberzeuger
nach oben begrenzt ist, wird eine Durchbiegung der Walze erzwungen, die durch eine
entsprechende Dosierung von Zug und Druck so gewählt werden kann, daß die aus der
Belastung der Walze im Betrieb resultierende Biegung vollkommen kompensiert wird.
Durch die Huberzeuger werden die Zapfen bzw.
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deren Bunde aus ihrer ursprUnglich zueinonder konzentrischen Achsstellung
in eine Winkellage verformt, welcher der Walzenmantel zufolge der Lagerung auf diesen
Zapfen unbedingt und kontrollierbar folgen muß. Es braucht daher, bezogen auf den
Stand der Technik, nur ein Minium an Masse verformt zu werden, wobei die Verformungsorgane
sich in unmittelbarer Nähe des Walzenmantels befinden und daher die Verformungskröfte
mit einem minimalen Kraft fluß auf den Walzenmantel Ubertragen. Somit wird durch
einen geringen konstruktiven und energiemäßigen Aufwand ein Maximum an Wirkung erzielt.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der einzelne Zapfen
innenseitig einen Bund aufweist, an dessen beiden Planflöchen der Walzenmantel
mittels
nach innen vorragender Anschläge Uber Axialdrucklager abgestützt ist, wobei außenseitig
des Bundes eine Radiallagerung vorgesehen ist. Der Walzenmantel kann bei einem Ausführungsbeispiel
auch doppelwandig aussein, gebildet wobei beide Wandungen vornehmlich nur im Bereiche
der Zapfen durch Stege gegeneinander abgestützt sind. Auf diese Weiee wird der Vorteil
erzielt, daß der Durchbiegung der Walze im mittleren Bereiche keine Versteifungskröfte
der Walzenkonstruktion entgegenwirken können.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich dann, wenn je Zug-
und Druckseite mehrere Huberzeugezfhintereinander angeordnet sind, deren Hubkräfte
einander summieren.
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Diese Lehre der Erfindung geht davon aus, daß der Walzendurchmesser
nach Möglichkeit sehr gering gehalten werden soll, so daß fur die zu beaufschlagenden
Kolben- bzw. Zylinderwandflächen der Huberzeuger nur ein geringer Platz zur Verfugung
steht. Wenn man jedoch mehrere Huberzeugerhintereinander anordnet, dann summieren
sich deren zu beaufschlagenden Flächen.
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Man kann also den Gegenstand der Erfindung auch bei gering dimensionierten
Walzen mit Vorteil anwenden.
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In einer zweckmößigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß je Zug- und Druckseite von einem Zapfen ausgehend bis kurz vor den anderen Zapfen
eine achsparallel sich erstreckende Stange und vom anderen Zapfen bis kurz vor den
einen Zapfen eine koaxiol-zur Stange und mit
radialem Abstand davon
sich erstreckendes Rohr angeordnet sind und daß zwischen dem Rohr und der Stange
abwechselnd und mit axialem Abstand voneinander befindliche Zylinderdeckel- und
Kolbenelemente vorgesehen sind, in deren Zwischenröume das Druckmedium einfUhrbar
ist.
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Es ist nun ein zusötzliches Problem, wie man diese Vielzahl von Zylinderdeckelemeneten
und Kolbenelementen in einfacher Weise konstruktiv anordnet, damit sich die erstrebte
Summenwirkung ohne wesentlichen Aufwand ergibt. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die
Kolbenelemente durch gegeneinander verspannbare, mit Keilflächen versehene Hülsenpaare
mit der Stange verbindet. Die Stange braucht also nicht besondere Bunde,- Gewinde
oder axial begrenzte Paßfederelemente aufzuweisen, um die Kolbenelemente im Abstand
zueinander mit der Stange fest zu verbinden. Die nach dem Beispiel der Erfindung
vorgesehene Klemmverbindung mit Hilfe der mit Keilflächen versehenen Hülsenpaare
reicht vollkommen aus, um die hydraulischen Kräfte ohne weiteres auf die Stange
zu Ubertragen.
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DemgegenUber ist das Problem, die Zylinderdeckeletente im Abstand
zueinander vorzusehen, und die Montage der Kolben elemente dazwischen zu ermöglichen,
wesentlich schwieriger. Dieses Detailproblem löst die Erfindung beispielsweise dadurch,
daß das den Zylinder bildende Rohr aus mehreren hintereinander mit Abstand angeordneten
Rohrabschnitten besteht und die Zylinderdeckelelemente mit den Stirnbereichen dieser
Rohrabschnitte, beispielsweise durch Verschraubung, verbunden sind. Dadurch
wird
die Möglichkeit gegeben, daß die Kolbenelemente auf der Stange in der gewünschten
Lage festgespannt werden können, woraufhin die einzelnen Rohrabschnitte Uber die
Stange geschoben und alsdann mit den zwischen den Kolbenelementen befindlichen Zylinderdeckelelementen
lediglich verschraubt zu werden brauchen.
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Schließlich empfiehlt es sich, wenn der Walzenmantel mit einem darin
eingreift eingespannten Ring zwischen die Axialdrucklager/und am Zapfen geführte
Scheiben von außen gegen die Axialdrucklager spielfrei verspannbar sind.
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Eine solche Maßnahme bringt den Vorteil mit sich, die Axial- und Radiallagerung
der Walze einstellbar und spielfrei zu gestalten, um die Kräfte der Huberzeug voll
auf den Walzenmantel einwirken zu lassen.
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Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch und beisFelsweise
dargestellt Es zeigen: Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Walze mit einer Anordnung
zuu Aufzwingen einer Biegung, Fig. 2: einen Teillängsschnitt durch eine Walze gemäß
Fig. 1 mit einer Doppelmantel-Ausbildung, Fig. 3: einen Teillängsschnitt durch eine
Walze mit mehreren hinteru. 3' einander angeordneten Hubrzeugern, bzw. Hubzylindern,
Fig.
4: einen Teillängsschnitt durch ein mit einer Stange verbindbares Kolbenelement,
Fig. 5: einen Teillangsschnitt durch ein mit Rohrabschnitten verbindbares Zylinderdeckelement,
Fig. 6 und 7: Querschnitte durch eine Walze in zwei Varianten und Fig. 8 und 9:
Längsschnitte durch eine Walze in zwei Varianten zu den Beispielen der Fig. 1 und
3.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist ein Walzenpaar dargestellt,
von dem die obere Walze 1 im Ldngsschnitt gezeichnet und die untere Walze 1' strichpunktiert
dargestellt ist. Die im Längsschnitt dargestellte Walze 1 weist einen Walzenmantel
2 auf, der drehbar auf zwei Zapfen 3 gelagert und über ein Ketten- oder Zahnrad
35 rotierföhig angetrieben ist, wobei die Zapfen 3 ortsfest in einem nicht dargestellten
Ständer geftAiit sind. Jeder einzelne Zapfen 3 weist einen Bund 4 auf, an dessen
Planfld.chen 5 Axialdrucklager 6 sich abstützen, die ihdem Ring 32 des Walzenmantels
2l rerseits zwischen Anschlägen 7 des Zapfens 3 und Yeingespanntsind. Der Walzenmantel
2 ist Uberdies Uber ein Radiallager 8 gegenüber jedem Zapfen 3 drehbar gelagert
und zusätzlich Uber ein Radiallager 8' ein weiteres Mal gestützt.
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Um nun der einzelnen Walze 1 eine Durchbiegung aufzuzwingen, die derjenigen
Durchbiegung entgegenwirkt, welche durch die Belastung der Walze entsteht, sind
innerhalb des Walzenmantels 2 mindestens zwei Huberzeuger 9,10 in Form von Hydraulikzylindern
angeordnet, mit deren Hilfe die Bunde 4 der Zapfen 3 gegeneinander axial verspannt
sind. Dabei ist der Huberzeuger 9 auf Zug und der Huberzeuger 10 auf Druck belastet.
Dies führt dazu, daß der Huberzeuger 9 mit seinen Kolbenstangen 12 die ihm zugeordneten
Lageraugen 11 gegeneinander zieht, während
der Huberzeuger 10
über die Kolbenstangen 12 die zugeordneten Lageraugen 11 voneinander wegdrückt.
Daraus folgt, daß sich die Bunde 4 aus der ursprUnglich parallelen Lage in eine
Winkelstellung verlagern und der Walzenmantel 2 in denjenigen Bereich, der an der
Gegenwalze 1 anliegt, entsprechend der Biegelinie 31 verformt wird. Das Druckmedium
wird zu den Huberzeugen9, 10 Uber die schematisch angedeuteten Hydraulikleitungen
zugeführt, welche einen oder beide Zapfen 3 durchsetzen.
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Wenn also zwischen beiden Walzen 1, 1' ein Medium, beispielsweise
eine Folie, Papierbahn, Blech oder dgl. hindurchgeführt wird undbeide Walzen 1,
1' gegeneinander gepreßt werden, dann bleiben beide Walzen 1, 1' praktisch durchbiegungsfai,
weil die aus der Belastung sich ergebende Durchbiegung durch die von den HuberzeugenS,
10 erzwungende Gegendurchbiegung kompensiert wird.
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Es versteht sich von selbst, daß die Gegenwalze 1' im Prinzip gleichartig
wie die Walze 1 ausgebikbt ist, nur daß die Zug- und Druckseiten der Huberzeuger9,
10 umgekehrt angeordnet sind. Man kann beim Beispiel der Fig.1 auch mehrere Hubmotoren
9, 10 nebeneinander anordnen und sie parallel auf die Zapfen 3 bzw. deren Bunde
4 einwirken lassen.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist darüberhinaus gezeigt, daß die
einzelne Walze 1 auch einen doppelwandigen Walzenmantel 14 aufweisen kann, wobei
die beiden in Distanz zueinander stehenden Wandungen vorwiegend im Bereiche der
Zapfen 3 durch Stege 15 miteinander verbunden sind, während diese beiden Wandungen
im mittleren Bereich gegeneinander unversteiAt
bleiben. Es wird
dadurch die Verformungskraft von den Zapfen 3 und ihren Bunden 4 über die Stege
15 ohne weiteres auf den doppelwandigen Walzenmantel 14 übertragen, ohne daß die
Durchbiegung im mittleren Bereiche beeintrdchtigt wird.
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Im AusfUhrungsbeispiel der Fig. 3 und 3'ist nun eine Ausführungsform
gezeigt, bei der der einzelne Huirzeypr9,10 aus mehreren hintereinander angeordneten
Hubelementen besteht, so daß man also auf geringstmöglichem Querschnitt eine maximale
Beaufschlagungsfloche erreichen kann.
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Zu diesem Zweck ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 der eine Bund
4 Uber die Lageraugen 11 und die sich gelenkig daran anschließenden Zapfen 17 mit
je einem Zylinder 16 verbunden, der sich fast Uber die gonzeLänge der Walze 1,2
bis nahe des Lagerauges 11 des anderen Zapfens 3,4 erstreckt. An diesem anderen
Zapfen 3,4 ist am Lagerauge 11 je eine Kolbenstange 18 gelenkig angschlossen, die
koaxial den Zylinder 16 bis kurz vor dessen Stirnende durchdringt. Nun befinden
sich auf der Kolbenstange 18 und im Zylinder 16 abwechselnd zueinander angeordnete
Kolben 19 und Zylinderdeckel 20, wobei mit den als Kreuze dargestelken Symbole eine
drehschlüssige Verbindung der einzelnen Teile 19, 20 mit der Kolbenstange 18 oder
dem Zylinder 16 angedeutet ist, während die stark ausgezeichneten Linien abgedichtete
Gleitlager andeuten sollen. Die Hydraulikleitung 13 wird nun so zwischen die Kolben
19 und die Zylinderdeckel 20 eingeführt, daß im oberen Huberzeuger 9eine Annäherung
der Lageraugen 11 und im unteren
er HuberzeER10 eineAuseinanderbewegung
der Lageraugen 11 erfolgt. Die Hydraulikleitungen 13 sind vereinfacht dargestellt.
Es versteht sich von selbst, daß zusätzlich Rückführungsleitungen und gegebenenfalls
auch gemeinsame Druckleitungen für beide Hubmotore 9, 10 vorgesehen sein können.
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In den Fig. 4 und 5 ist nun dargestellt, wie die Verbindung der einzelnen
Kolben 19 mit der Kolbenstange 18 und Zylinderdeckel 20 it dem Zylinder 16 durchgeführt
werden kann, ohne die Montage unnötig zu erschweren.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der einzelne Kolben 19 mit
der Kolbenstange 18 über einen Spannring 23 fest verbunden, der auf Keilflachen
aufweisende HUlsenpaare 24 wirkt, die zwischen der Nabe des Kolbens 19 und der Kolbenstange
18 angeordnet sind. Damit wird eine drehschlüssige und axial ortsfeste Verbidung
zwischen dem Kolben 19 und der Kolbenstange 18 geschaffen, wobei- zwischen dem Kolben
19 und dem Zylinder 16 Dichtungen 22 angeordnet sind, die eine Relativbewegung zwischen
Zylinder 16 und Kolbenstange 18 gestatten, ohne daß das Druckmittel die Gleitflächen
passieren kann.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird davon ausgegangen, daß der
einzelne Zylinder 16 aus mehreren hintereinander angeordneten geteilten Zylinderabschnitten
25 besteht, zwischen denen ein Spalt 26 vorgesehen ist. In den stirnseitigen Bereichen
dieser Zylinderabschnitte 25 sind
Innengewinde 27 vorgesehen, die
zum Einschrauben des mit einem entsprechenden Gegengewinde versehenen einzelnen
Zylinderdeckels 20 bestimmt sind. Mit einem Ring 29 kann die axiale Bewegung des
Kolbens 19 mit der Kolbenstange 18 begrenzt werden um Beschadigung der Dichtungen
34 22 am DN ckoleinirittizu vermeiden. Durch die Gewindeausbildung 27 ergibt sich
eine drehschlUssige und axial konstante Verbindung zwischen dem Zylinderdeckel 20
und den Zylinderabschnitten 25, während der Zylinderdeckel 20 gegenüber der Kolbenstange
18 über die Dichtung 30 gleitfähig ist. Die Bohrungen 28 sind Montagehilfsbohrungen
zum Ansetzen entsprechender Werkzeuge fUr die Drehverspannung der einzelnen Teile.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird außerdem noch eine Variante
für die axiale Lagerung der Walze 1 gegenüber dem Zapfen 3 dargestellt, wonach mit
dem Walzenmantel 2 nach innen vorragende Ringe 32 verspannt sind, gegen welche mit
den einzelnen Zapfen 3 verschraubbare Scheiben 33 spielfrei unter Einschuß der Axialdrucklager
6 angestellt werden.
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Die Querschnitte der Walzen 1 gemäß den Fig. 6 und 7 lassen die Lage
der Huberzeuger 9,10 in zwei Ausführungsbeispielen erkennen, wobei in Fig. 6 eine
Zwillingsanordnung von je zwei Huberzeugern 9,10 dargestellt ist.
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Man kann die Huberzeuger 9,10 aber auch zentrisch anordnen, wie dies
aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht, wobei Kipphebelglieder 36 (Fig. 8) zwischen
den
Kolbenstangen 12 und den Lageraugen 11 vorgesehen werden, um die konzentrische Krafterzeugung
außerzentrisch einwirken zu laseen. BeimBeispiel der Fig. 9 wirkt eine zentrisch
angeordnete Hubspindel 37 auf Zug-und Druckhebel 38,39, welche die Arbeit der Huberzeuger
9,10 in Form von Kniehebeln ersetzen.
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Die Erfindung ist also in mannigfacher Weise ausführbar, ohne daß
sie sich auf die Ausfuhrungsbeispiele beschränkt.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e