DE2646769A1

DE2646769A1 - Presswalze mit durchbiegungskontrollvorrichtung

Info

Publication number: DE2646769A1
Application number: DE19762646769
Authority: DE
Inventors: Fred H Freuler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1977-04-28
Also published as: FR2328880A1; JPS5279162A; FI763022A7; GB1562506A; US4068360A; SE7611464L; CH610374A5; CA1053489A

Description

Patentanwalt

Bielefeld

KrwizstraSe 32

Diess. Aktenz.: 11212/76

Fred H. Freuler, Bännlistrasse , Riedholz / _Scnwelz

Presswalze mit Durchbiegungskontrollvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Presswalze mit Durchbiegungskontrollvorrichtung, mit einem Walzenmantel zur Aufnahme
des auf ihn einwirkenden Pressdruckes, und mit einer innerhalb des Walzenmantels angeordneten, aber ausserhalb desselben gelagerten, ihn tragenden und mit ihm rotierenden
Trägerwelle, auf welcher die Durchbiegungskontrollvorrichtung angebracht ist, welche mehrere Stützvorrichtungen aufweist, die nebeneinander angeordnet und durch wenigstens einen in der Trägerwelle verlaufenden Kanal mit Druckfluid beschickbar sind, um auf einen Teil der Innenfläche des Walzenmantels einen dem Pressdruck entgegengesetzten Druck auszuüben.

Bei Presswalzen wird meist und zu Recht die Anforderung gestellt, dass ein konstanter Liniendruck über die ganze Breite eines Walzenspaltes in einem weiten Liniendruckbereich

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eingestellt werden kann. Solche Bedingungen werden namentlich von der Papier-, der Textil-, der Kunststoff- und anderen Industrien verlangt, weil ungleichmässige Liniendrücke im Pressspalt sehr leicht die Qualität des Produktes vermindern und die Produktivität der Maschinen beeinträchtigen. Nun ist es aber schwierig, diese Bedingungen einzuhalten, weil diese Walzen, welche auf Lagern ausserhalb des Walzenkörpers drehbar sind, sich in der Richtung der resultierenden äusseren Kräfte elastisch durchbiegen, und daher ein gleichmassiger Liniendruck ohne besondere Vorkehrungen nur bei Erfüllung sehr eng begrenzter Bedingungen möglich ist. Die Forderung, dass die Liniendrücke innerhalb eines weiten Bereiches einstellbar sein müssen, werden von den heute bekannten konstruktiven Lösungen nicht erfüllt.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1,940,175 ist eine Konstruktion bekannt geworden, bei welcher eine Walze zur Druckbehandlung flächiger Materialien einen Walzenkern; einen dazu koaxialen zylindrischen Walzenmantel und dazwischen angeordnete, mit Druckmedium füllbare Blähkörper aufweist, wobei die Blähkörper als verschliessbare, den Walzenkern umgebende Kammern ausgebildet und der Walzenmantel und der Walzenkern gleichsinnig und praktisch mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehbar sind. Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist die Tatsache, dass bei veränderter Auflagefläche der Blähkörper die vertikale Tragkraft derselben sich ebenfalls verändert .

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, zum Prinzip der Presswalze mit rotierender Trägerwelle mit traditioneller Aussenlagerung zurückzukommen, um eine Verminderung des maschinellen Aufwands, betriebliche Vereinfachung und erhöhte Wirksamkeit dieser Art von Maschinen herbeizuführen.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Presswalze zu schaffen, bei welcher Einzelringkantmern unabhängig von der vertikalen Belastung eine gleichmassige vertikale Tragkraft entwickeln.

Dies wird durch die erfindungsgemässe Presswalze dadurch erreicht, dass jede der Stützvorrichtungen eine die Trägerwelle unterbrechungsfrei umgebende, an einem der Kanäle für die Druckfluidzufuhr angeschlossene im übrigen allseits dicht gegen Abfluss von Druckfluid abgeschlossene Ringkammer aufweist, mit bei seitlichen Begrenzungen angeordneten Druckfluid-Abdichtung und jede dieser Stützvorrichtungen einen zunächst beim Walzenmantel gelegenen elastisch komprimierbaren und biegsamen Ringbegrenzungsteil aufweist, dessen radiale Expansion durch auf der Trägerwelle abgestützte Rückhaltemittel derart begrenzt wird, dass der maximal mögliche Abstand des peripheren Tragflächenteils des Ringkammerbegrenzungsteils zur Trägerwelle-Achse annähernd aber höchstens gleich dem Innenradius des Walzenmantels ist.

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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise naher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Presswalzenanordnung, ohne Durchbiegungsausgleichvorrichtung, mit einer ersten Walze mit bombierter Oberfläche, die mit einer zweiten parallelen, zylindrischen Walze im Eingriff steht,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Presswalzenanordnung mit zwei durchbiegungskontrollierten Walzen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Presswalzenanordnung mit einer ersten zylindrichen Walze im Eingriff mit einer zweiten durchbiegungskontrollierten Walze,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Presswalzenanordnung ähnlich derjenigen nach Fig, 3, jedoch mit einer durchbiegungskontrollierten Walze mit in der Mitte angeordnetem Festlager,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Walzenende, Fig. 6 einen Querschnitt durch dieselbe Walze,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Stützvorrichtung im belasteten Zustand mit fest montierter Membran-Druckfluid-Abdichtung, und mit im Kranz angeordneten Stützschuhelementen

Fig. 7a eine perspektivische Darstellung eines Ringkammerbegrenzungsteils nach Fig. 7,

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Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine ^v,tiite Ausführungsform einer Stützvorrichtung im belasteten Zustand mit in Radial- und Rotationsrichtung gleitender Druckfluidabdichtung,

Fig. 8a eine perspektivische Darstellung eines Ringkammerbegrenzungsteils nach Fig. 8,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Stützvorrichtung im belasteten Zustand mit einer Membran-Druckfluid-Abdichtung für die Radialbewegungen, fest angeordnet auf einer frei rotierenden mit Gleitdichtungen versehenen Hülse,

Fig. 9a eine perspektivische Darstellung eines Ringkammerbegrenzungsteils nach Fig. 9 und

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer durchbxegungskontrollierten Walze mit zusätzlichen seitlichen Walzenmantel-Drehlagern.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Presswalzenanordnung dargestellt. Eine obere Presswalze 1 mit bombierter Oberfläche und eine zylindrische Presswalze 2 werden gegeneinander gepresst, um das zwischen ihnen hindurchlaufende Pressgut 5 zu bearbeiten. Der auf dieser einwirkende Pressdruck ergibt sich zu einem Teil durch die Eigengewichte und Biegesteifheit der beiden Walzen, welche je nach Anordnung voll oder nur zum Teil, im positiven oder negativen Sinn, oder im Falle einer horizontalen Anordnung gar nicht zur Wirkung kommt, und wird zum andern Teil erzeugt durch die der betrieblichen Kontrolle zugänglichen Anpressdrücke der beidseitig angeordneten Zylinderkolbenaggregate, welche direkt oder durch eine Hebelanordnung die in Führungen frei beweglichen untere Walze 2 gegen die festangeordnete obere Walze 1 drückt. Die resultierenden Kräfte'an den Walzen bewirken Durchbiegungen (d₁ und d_) welche über die Breite der Walze gleichmässige Liniendrücke verunmöglichen würden, wenn diese durch Bombierung einer oder beider der Walzen nicht kompensiert würden. Die erforderliche Grosse und die geometrische

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Form der Bombierung werden nach den bekannten Gesetzen der Mechanik berechnet unter Berücksichtigung der konstruktiven Ausführung der induviduellen Walzen, der Anordnung der Walzen zueinander und des gewünschten Pressdruckes. Eine Anordnung dieser Art kann, korrekte Druckbiegungs-Berechnungen vorausgesetzt, für einen bestimmten vorgewählten Druck einen über die ganze Breite im wesentlichen gleichmässigen Liniendruck gewähren. Dennoch sind auch solche Ausführungen mit Mangeln behaftet, da die durch die Bombierungen gegebenen Durchmesserunterschiede Differenzen in den Umfangsgeschwindigkeiten über die Breite der Walzen und möglicherweise zwischen den beiden Walzenoberflächen ergeben, was auf die Qualität des Pressgutes nachteilige Wirkungen haben kann. Ausserdem ist zu beachten, dass durch die gegebene Bombierung nur ein sehr eng begrenzter Druckbereich um einen gegebenen Nennwert herum möglich ist. Eine Anpassung der Drücke an verschiedene Verfahrens-Bedingungen der Pressgüter ist nicht möglich; es bleibt lediglich die Möglichkeit, bei Aenderung der Drücke die Walze gegen eine solche mit anderer Bombierung auszutauschen.

Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemässe Presswalze vermieden. Sie kann mit einer gleichen Walze zusammenwirken wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, oder auch nur allein mit einer herkömmlichen Gegenwalze 3 gemäss Fig. 3 und 4.

Anhand dieser Figuren soll vorerst der allgemeine Aufbau der erfindungsgemässen Presswalze beschrieben werden. Sie weist eine auf den schon erwähnten Lagern 8 aufliegende Trägerwelle 11 auf, in deren Innerem wenigstens ein Zuführkanal 12 für Druckfluid angeordnet ist. In den Fig. 2 und 4 sind zwei solche Kanäle 12a,12b in Fig. 3 zusätzlich noch ein dritter Kanal'12c dargestellt, wobei der Kanal 12c über die ganze Länge der Trägerwelle 11 inklusive die Länge des einen Wellenzapfens verläuft, während die anderen Kanäle 12a und ]2b sich nur

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über einen Teil der Länge der. Trägerwelle 11 erstrecken. Von jedem Zuführkanal 12 aus verlaufen radiale Bohrungen .

bis an die Mantelfläche der Trägerwelle 11. Das Druckfluid, zweckmässigerweise Druckluft, gelangt durch die Kanäle 12 über eine drehbare Druckfluideinführung 13, die an stationäre Leitungen 14 angeschlossen ist, in welchen Druckregler 15 eingebaut sind.

Auf der Trägerwelle 31 und zwischen dieser und dem konzentrisch um sie herum angeordneten Walzenmantel 4 ist die Durchbiegungskontrol!vorrichtung angebracht. Sie besteht aus Stützvorrichtungen 16, 17, 2 3 für diesen Walzenmantel 4 welche direkt anschliessend nebeneinander, oder je nach Druckforderungen in vorgewählten Abständen, auf der Trägerwelle 11 angeordnet sind. Die einzelnen Stützvorrichtungen bestehen aus zwei seitlichen, ringförmigen, auf der Trägerwelle angebrachten Rückhaltemittel 16 _f sowie aus dazwischen radial beweglichen äussern Begrenzungsringen 17 j und begrenzen zusammen eine die Trägerwelle samt umgebende allseitig dichte Ringkammer 20 - Die radiale Expansion der elastisch biegsamen und komprimierbaren Ringkammerbegrenzungsteile 17 wird durch die Rückhaltemittel 16 begrenzt, so dass der maximale radiale Abstand zwischen der Trägerwellen-Achse 61 und der penpheren Tragfläche den genannten Begrenzungsteiles 17 über den ganzen Umfang auch bei verschiedenen Drücken gleichmässig bleibt und im wesentlichen dem Innenradius des Walzenmantels entspricht. Die Rückhaltemittel 16 weisen z.u diesem Zweck koaxiale Rückhalteflanschen 18 (Fig. 5) auf, an denen sich die zu Ringschultern 19 ausgebildeten benachbarten Ende der Ringkammerbegrenzungsteile anlegen können- Um eine allseitige Abdichtung der Ringkammer gegen Verlust des Druckfluides auch während den radialen Bewegungen des Ringkammerbegrenzungsteiles innerhalb der seitlichen Rückhaltemitteln zu gewähren, sind zwischen dem genannten Ringkammerbegrenzungstexl und den genannten Rückhaltemittel Dichtungen angeordnet wie noch erläutert wird.

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In jede der Ringkammern 20 münden Zuführkanäle, welche aus einer Kombination von konzentrischen Trägerwellenbohrungen 12a, 12b, 12c, radialen Bohrungen 12r zur Mantelfläche der Trägerwelle und Längsnuten 12n auf der Mantelfläche bestehen können.

Das Prinzip, auf welchem die Durchbiegungskontrollvorrichtung arbeitet, lässt sich am besten anhand der unteren Presswalze 4 in Fig. 2 erläutern. Es sei vorerst angenommen, dass beide Druckregler 15 gleich eingestellt sind, so dass in den Zuführkanälen 12a und 12b derselbe Druck herrscht. Durch die Verschiebung des Walzenkörpers gegenüber der Trägerwelle werden die Ringkammerbegrenzungsteile 17 auf der Belastungsseite in die mit Druckfluidzufuhr angeschlossene Ringkammern hineingestossen. Die volle Stützkraft des Druckfluids, die vorerst von den Schultern des Ringkammerbegrenzungsteiles über die Flanschen 18 der Rückhaltemittel aufgefangen war, wirkt nun nach der Separation der genannten Schultern von den genannten Flanschen über die peripheren Tragflächen der Ringkammerbegrenzungsteile direkt auf die Innenseite des Walzenmantels.

Da nun einerseits die Fluid-Drücke, die innern Abmessungen der Ringkammern und deren Abstand zueinander alle gleich sind und damit die Stützkraft über die ganze Breite konstant ist, und dieser anderseits durch einen zweiten Walzenkörper identischer Konstruktion, Ausführung und Druckverhältnissen mit einem über die Breite konstanten Druck belastet wird, heben sich die Aktionsund Reaktionskräfte, welche an jeden der beiden Walzenmäntel wirken, an jedem Punkte auf, und Biegungsspannungen und Durchbiegungen solchen Ursprungs gibt es nicht. Kleinste elastische Deformationen der Kreisringquerschnitte der Walzenmantel sind wohl möglich weil im Querschnitt gesehen die Belastung punktförmig ist und die innere Abstützung halbkreisförmig. Sie sind aber wegen ihrer geringen Grosse für die korrekte Funktion der Durchbiegungskontrollvorrichtung von keiner Bedeutung.

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Es darf aber nicht ausser Acht gelassen warden, dass durch die über die Breite der Walze diskontinuierlich wirkenden Stützkräfte der aneinandergereihten Stütze leinen te einerseits und den über die Breite der Walze kontinuierlichen Widerstandskräften des Pressgutes andererseits im Walzenmantel zwischen den Stützelementen, im Längsschnitt gesehen, Biegungs- und Schubspannungen auftreten. Die Relation Walzenmantel -Weinddicke zu Stützelement-Abstand darf aus diesen Gründen einen bestimmten Wert nicht unterschreiten und er wird durch Berechnungen der statischen Mechanik so gewählt, dass auch die Deformationen diesen Ursprungs vernachlassbar klein bleiben.

Es kann jedoch erwünscht sein, diese Druckkräfte über die Breite des Walzenmantels 4 zu variieren, denn es kommt vor, dass dcis Pressgut 5 quer über seine Breite absichtlich unterschiedlich behandelt werden soll. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass man die Druckregler 15 entsprechend unterschiedlich einstellt. Die dem Walzenmantel eigene Biegungssteifheit—in Längsrichtung gesehen-hilft dabei, dass die Liniendruck-Uebergänge zwischen den Stützelementen des einen Druckes zu den Stützelementen eines andern Druckes sich allmählich und nicht mit abrupten Stufen vollziehen.

Die Gruppierung der Stützelemente zu um die Mitte der Walzenbreite symmetrischen Druckzonen mit der Möglichkeit der Anwendung verschiedener Fluid-Drücke ist besonders wichtig für die Kombination zwischen einer durchbiegungskontrollierten Walze und einer Walze normaler Bauart 3 .' (Fig. 3 und 4) und ohne Bombierung.

Wie schon oben erwähntTYdie durch den Pressdruck sich ergebenden Durchbiequngskurven von gepaarten Presswalzenkörpern normaler Bauart 3 zur Folge, dass der Liniendruck. in der Mitte der Breite immer kleiner ausfällt als an den Enden. Auch in einer Press-Anordnung mit einer Walze normaler Bau-

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art im Eingriff mit einer durchbiegungskontrolliorten Walze mit über der ganzen Breite gleichen Fluiddruckes wäre das Zustandekommen von über die Breite gleiehnicissigen Liniendrücken unmöglich. Die Liniendrücke wären ein maximum an den Walzenenden und nahe null in der Mitte. Die durchbiegungskontrollierte Walze muss in einer solchen Kombination (Fig. 3, 4) so betrieben v/erden, dass der Walzenmantel 4 während der Belastung nicht die gradlinigen Mantellinien beibehält wie bei Fig. 2, sondern der genannte Walzenmantel sich zusammen mit dem Walzenkörper normaler Bauart 3 im gleichen Sinne durchbiegt. Diese Möglich}-:axt wird durch entsprechende Erhöhung der Drücke in Kanälen 12b und 12c und damit in den an diesen Kanälen angeschlossenen Ringkammern der mittleren Zonen geschaffen. Das mögliche Äusmass dieser Durchbiegung des Walzenmantels 4 ist nicht nur von der Grosse der Druckdifferenzen , sondern auch weitgehend von der Biegesteifheit des genannten Walzenmantels abhängig.

Diese Anordnung zur Anschmiegung eines durchbiegungskontrolliertcn Walzenkörpers an eine sich durchbiegende Walze normaler Bauart kann wie schon im Beispiel Fig. 2 je nach Wahl der Drücke über die Breite der Walze gleichmässige Liniendrücke oder über die Breite variable Liniendrücke hervorbringen.

Eine Bauart nach Fig. 4< hat gewisse Vorteile für Anwendungsfälle, wo von der durchbxegungskontrollierten Walze wegen erhöhter Flexibilität der Gegenwalze normaler Bauart erhöhte Kompensations-Durchbiegungen gefordert werden. Auch lässt diese Ausführung (Fig. 4) einfache Variationen der über die Breite verteilten Liniendrücke zu, mit nur einem Zuführkanal und d.aher nur einer, einheitlichen Druckzone. Dies geschieht durch entsprechende Uebereinstimmung der beiden Fluiddrücke, das heisst des Fluiddruckes in den Ringkammer-Stützelementen und des Fluiddruckes in den über die Aussenlager wirkenden Anpresszylinder 9

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So erhält man zum Beispiel bei hohem Anpresszylinderdruck und massigem Ringkammer-Fluiddruck genau die gegenteilige Durchbiegung wie bei den bisher gezeigten Ausführungsformen, denn in einem solchen Fall ist die Druckkraft des Lagers 22 im Vergleich zu den übrigen Kräften am grossten, und der Walzenmantel 4 fällt daher gegen seine beiden Enden hin ab, wie Fig. 4 darstellt. Erhöht man den Fluid-Druck der Ringkammern, erhält man zuerst einen geradlinigen Verlauf der oberen Mantellinien und bei weiterer Steigerung einen zum gezeigten Bild komplementären Verlauf, d.h. die Enden des Walzenmantels 4 werden dann am stärksten angehoben und gegen das Pressgut gedrückt.

Einzelheiten der Durchbiegungskontrollvorrichtung sind in grösserem Massstab der Fig. 5 zu entnehmen, welche das rechte Walzenende darstellt. Jede Ringkammer 20, von denen nur die Ringkammer 2On dargestellt ist, wird hier auf ihrer Innenseite durch eine auf die Welle aufgezogene Hülse 23 begrenzt, durch welche eine oder mehrere Bohrungen 39 für den freien Zu- und Abfluss des Druckfluids angebracht sind.

Die Fig. 5 zeigt im weiteren auch den Einbau einer Kupplung die wünschenswert ist zur Sicherung eines kraftschlüssigen Gleichlaufes von Trägerwelle . 12 und Walzenmantel 4 Die flexible Kupplung 24 ist auf der einen Seite auf dem Ende der Trägerwelle 12 aufgesetzt, und ein Kupplungswellen-Flansch 25 wird mittels einer Mutter 26 festgeklemmt,-welche indirekt auch die Rückhaltemittel 16 und die Distanzhülsen 23 vorspannt. Auf der andern Seite steht die Kupplung 2A im Eingriff mit einem auf dem Walzenmantel 4 befestigten Kvipplungs flansch 27 . Eine Kupplung flexibler Art ist hier angezeigtwegen den sich mit jeder Umdrehung wiederholenden kleinen Verschiebungen zwischen den Zentren der Trägerwelle 12 und des Walzenmantels 4

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Die bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung zu den Fig. 2 bis 4 erläuterte Wirkungsweise der Durchbiegungskontrollvorrichtung wird nun anhand der Fig. 6 und 6a noch weiter verdeutlicht. Die Figuren stellen schematische Schnitte durch die durchbiegungskontrollierte Walze an einer Stelle nahe dem einen oder andern Walzenende dar. In Fig. 6 ist angenommen, dass auf die Presswalze 2 keine äussere Kraft einwirkt. Der Walzenmantel 4 ist daher konzentrisch zur Trägerwelle 12 und damit auch konzentrisch zu jedem der Rückhalteflanschen 16. Der Ringkammerbegrenzungsteil 17, dessen Ringform deutlich ersichtlich ist, befindet sich ebenfalls in einer konzentrischen Lage zur Trägerwelle 12, und dementsprechend weist die Ringkammer 2O längs ihres Umfanges denselben Querschnitt auf. Der Bogenwinkel oC· über welchen sich der entsprechende Ringkammerbegresizungsteil 17 an den Walzenmantel 4 anlegt, und der Bogenwinkel ß , über welchen sich die Schultern 19 gegen die Rückhalteflanschen 18 der Rückhaltemittel anlegen, betragen beide im wesentlichen je 180 .

Fig. 6a zeigt nun die durch Belastung von oben her verursachte Verschiebung des Walzenmantels 4 relativ zur Trägerwelle 12; die Verschiebungsdistanz "d" ist zwischen den beiden Fig. 6 und 6a angegeben- Die Rückhalteflanschert 18 behalten ihre konzentrische Lage zur Trägerwelle 12 bei, da sie ein Bestandteil der betreffenden Rückhaltemittel 16 sind. Hingegen wird nun der Ringkammerbegrenzungsteil 17 durch den Walzenmantel 4" nach unten in die Ringkammer 20 hinein gestossen, was eine Querschnittsverkleinerung der Ringkammer 20 zur Folge hat,was auch in den Fig. 2 bis 4 an den Enden der Presswalze deutlich sichtbar ist- Zu beachten ist, dass dieser Druck nur in derjenigen Umfangs-Hälfte dos Ringkammerbegrenzungsteils 17, bzw. in demjenigen Bereich auf die Walzenmantel-Innenfläche wirkt, v/elcher dem Druck auf die Presswalze ausgesetzt ist, also im Bereich D¹ - A¹ - B¹.

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Auf der unteren Hälfte, im Bereich B¹ - C - D¹, kann der Ringkammerbegrenzungsteil 17 seine Lage nicht ändern, d.h. er kann nicht nach unten ausweichen, weil er durch die Rückhalteflanschen 18 daran gehindert wird. Da jedoch der Walzenmantel 4 sich als inflexible Einheit nach unten verschiebt, trennt er sich vom Ringkammerbegrenzungsteil 17, so dass sich dort ein Zwischenraum 28 bildet.

Weil der Ringkammerbegrenzungsteil 17 nicht wie der Walzenmantel 4 nach unten ausweichen kann, folgt, dass er sich seinen Umfang verkürzen muss, d.h. er wird während der belasteten Rotation gleichmässig komprimiert- Das Mass der totalen Verkürzung beträgt im wesentlichen das doppelte der Verschiebung der Trägerwelle 12 nach unten, also gleich zweimal "d". Gleichzeitig liegt der Teil 17, wie aus Fig. 6a deutlich ersichtlich, nur in dieser Hälfte am Walzenmantel an, so dass die Uebertragung der Belastung also nur im wesentlichen in diese Hälfte erfolgt, die direkt der Belastung ausgesetzt ist- Im weiteren folgt, dass das KrümmungsZentrum Z' des Begrenzungsteils 17 in der oberen Hälfte mit demjenigen des Walzenmantels A nach unten wandert, während das Krümmungszentrum für die untere Hälfte mit dem KrümmungsZentrum Z der Trägerwelle zusammenfällt. Der elastische Ringkammerbegrenzungsteil 17 muss also im wesentlichen die Form zweier Kreisbogen mit gegeneinander verschobenen Mittelpunkten annehmen. Somit tritt im Bereich der Punkte D' und B¹ auch eine Krümmungsänderung ein, die bei rotierendem Walzenmantel eine ständige Biegung des mitrotierenden Teils 17 an diesen Stellen zur Folge hat. Der Teil 17 muss also sowohl elastisch komprimierbar als auch biegsam sein. Entsprechend verkürzt sich der Bogenwinkel cO , d.h. der Berührungswinkel zwischen Walzenmantel 4 und Teil auf den Winkel o£', und ebenfalls verkürzt sich der Bogonwinkel f~> (Berührungswinkel zwischen dem Teil 17 und dem Rückhaltemittel 16) auf den Winkel ß''.

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Wie ein solcher Ringkammerbegrenzungsteil 17 ausgeführt werden kann, um diesen Forderungen zu genügen, wobei gleichzeitig der Forderungen nach absoluter Dichtheit der zugehörigen Ringkammer 20 und der genauen Einhaltung eines maximalen Abstandes zwischen der peripheren Tragfläche 70 und der Trägerwellenachse 61 auch bei Variationen der Fluid-Drücken, Genüge getan werden kann, zeigen die folgenden Figuren.

Gemäss den Fig. 7 und 7a ist eine Ringmembrane 30· vorgesehen, welche mit ihren seitlichen Rändern in den Seitenrändern der Hülse 23 verankert ist, sich beidseitig entlang den Rückhaltemitteln 16 nach oben erstreckt und innerhalb eines Ringes 31 verläuft, welcher an seiner Aussenseite Stützschuhe 32 aufweist und mit diesen zusammen den Ringkammerbegrenzungsteil 17 bildet. Der Ring 31 besteht entsprechend der vorhin erhobenen Forderung bezüglich elastischer Biegung und Kompressibilität aus Gummi oder elastischem Kunststoff, und die Stützschuhe 32 dürfen im nichtkomprimierten Zustand nicht zu nahe aneinander auf den Ring 31 aufgebracht sein. Die (vorzugsweise metallischen) Stützschuhe dienen einerseits zur Kraftübertragung auf den Walzenmantel 4 , andererseits weisen sie Ringsclrultern auf, die an die Rückhalteflanschen 18 anzuliegen kommen, ohne sich durch die Wirkung des Fluid-Druckes durchzubiegen, was nicht möglich wäre, wenn der Ringkammerbegrenzungsteil 17 ganz aus elastischem Material bestehen würde.

Nach den Fig. 8 und 8a besteht der Ringkammerbegrenzungsteil 17 aus einzelnen radial verlaufenden metallischen Segmenten 34 , welche wieder die Kraftübertragung auf die Innenfläche des Mantels vornehmen und die strikte Begrenzung des Abstandes zur Trägerwellen-Achse sichern, und dazwischen angeordneten elastischen Zwischenlagen 35 aus Gummi oder einem elastischen Kunststoff , welche die Biegung und die Kompression übernehmen. Die Ringschultern 33 entsprechen weitgehend dem vorigen Beispiel. Zur Abdichtung ist beidseitig je eine Gleitdichtung 36 eingesetzt, welche freie Radial- wie auch Rotations-

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At?

Bewegungen zulässt. Das letztere ist sehr wichtig, da bei gleichbleibenden Umfangsgeschwindigkeiten des im Umfang verkürzten Ringkammerbegrenzungsteils zu einer wenig vergrösserten Winkelgeschwindigkeit führt, was ein Voreilen oder "Walken" des genannten Ringkammerbegrenzungsteils gegenüber den beiden Rückhalteini ttel-Ringen mit sich bringt.

Gemäss den Fig. 9 und 9a ist ähnlich wie bei den Fig. 7 und 7a eine Ringmembrane 37 vorgesehen. Sie ist jedoch in den Seitenrändern einer im Querschnitt U-förmigen, frei gegenüber der Hülse 2 3 verdrehbaren Hülse 38 befestigt, welche diese Hülse 23 umgibt und eine Durchtrittsöffnung 39 für das Druckfluid besitzt. Zur Abdichtung von Druckfluid, das zwischen den beiden Hülsen 23 und 39 austreten könnte, ist wieder die schon erwähnte Gleitdichtung 36 vorgesehen.

Der Ringkammerbegrenzungsteil besteht aus einer Ringfeder 41, die aus in Umfangsrichtung mit geringem Abstand nebeneinanderliegenden Querstegen 42 mit Ringschultern 43 besteht. Uebergangsstellen 44 zwischen den Querstegen 42 ergeben mit diesen zusammen eine mäanderförmige Ausbildung der Ringfeder41 . Die Uebergangsstellen 44 sind besonders dünn ausgebildet, um sowohl die notwendige Biegung wie auch die Kompressibilität des Ringkammerbegrenzungsteils zu gewährleisten. Die Ringfeder ist hier auf ihrer Innenfläche mit einer Schicht von Gummi oder einem elastischen Kunststoff bezogen, damit die an diese Fläche herangepresste dünne Membrane während dem Betrieb durch die sich stetig in Bewegung findenden Ringfederteile nicht beschädigt wird.

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In Fig. 10 schliesslich ist eino Bauart gezeigt, welche gewisse Vorteile hat für Anwendungszwecke wo eine Neigung zu Vibrationen des Walzenmantels besteht bei hohen Geschwindigkeiten und grossen lokalen, sich regelmässig wiederholenden Unterschiedlichkeiten in der Dicke des Pressgutes 5 . Sie enthält im wesentlichen eine zwischen der Tragerwelle 11 und den um sie herum angeordneten Walzenmantel A eine Durchbiegungsausgleichvorrichtung, die aus Stützvorrichtungen gleicher Ausführung und Anordnung bestehen wie schon oben beschrieben. Hingegen unterscheidet sich diese Bauart von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durchbiegungskontrollierten Walzen durch die Anordnung von zusätzlichen Drehlagern 51 und· 52 nahe der seitlichen Enden des Walzenmantels 57. Die Drehlager 52 sind konzentrisch auf der Trägerwelle 11 angeordnet und tragen das eine Ende je einer nicht-rotierenden Hülse 53. Die andern Enden dieser Hülse enthalten die eigentlichen Hauptlager 54 der rotierenden Trägerwelle 11. Die Hülsen 53 selbst übertragen die Belastung der Trägerwelle 11 auf mit Kugelsitzen versehenen Fest-Lager 55. Die Kugelsitze sind hier erforderlich, damit sich die Neigungswinkel S der durchbiegenden Trägerwelle 11 frei ergeben können. Im weitern ist die Hülse 53 durch das Vorhandensein von Keilen 56 zwischen Hülse 53 und Festlager vor Rotation verhindert. Auf den der Walzenmitte zugewendeten Seiten dieser Hülsen und vorteilhafterweise in einer Ebene mit dem Hülseninnenlager 52 angeordnet, tragen diese je ein weiteres Drehlager 51, welches die seitlichen Enden 57 des Walzenmantels 4 abstützen. Die Hülseninnenlager 52 und die Hülsenaussenlager 51 sind exzentrisch zueinander angeordnet.

Diese Anordnung der beiden Drehlager bewirkt eine exzentrische Anordnung zwischen dem Walzenmantel 4 und den mit diesem zusammenrotierenden Trägerwelle 11 um das Mass "e". Im gezeigten Beispiel ist e = 1/2 (b-a) . Da die Exzentrizität dieser Lagerung in der speziellen Ausführung der feststehenden Hülse 53 begründet ist, bleibt deren Orientierung auch während der Rotation der Walze unverändert, es sei denn, dass die Hülse 53

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durch Drehung zu einem andern Rnum-Winkel innerhalb des Pestlagers 55 einer neuen Walzenanordnung angepasst werden muss. Die räumliche Orientierung der Exzentrizität wird so ausgerichtet, dass eine gerade Verbindungslinie durch die Kreiszentren der exzentisch angeordneten Drehlager mit der aus Mantelgewicht und äusserer Belastung resultierenden Total-Belastungsrichtung zusammenfällt. Dabei ist jene Seite der Exzentrizität der Belastungsrichtung entgegengerichtet, bei welcher der die Stützvorrichtungen enthaltende Walzenspalt das Mindestmass erreicht.

Dies hat zur Folge, dass die Ringkammerbegrenzungsteile 17 auf der Belastungsseite schon vor dem Eintreten einer äusseren Belastung um das Mass "e" der Exzentrizität in die Ringkammern 20 hineingestossen sind, und diese auf der um 180 Winkelgrad abgewendeten Gegenseite von der Walzenmäntel-Innenfläche um das gleiche Mass "e" abgehoben sind.

Ohne Zufuhr eines Druckfluids verhält sich diese Walze unter Belastung ähnlich wie eine Walze herkömmlicher Ausführung Tritt eine äussere Belastung Pt in der vorgezeichneten Richtung auf, wird der Walzenkörper wie schon oben beschrieben der Nip-Belastung Qn durch Durchbiegung auszuweichen versuchen. Mit der Zufuhr von Druckfluid wird eine direkte, über die Breite der Walze gleichmässig verteilte auf den Walzenmantel wirkende Strecken-Stützkraft Qs erzeugt, welche durch die Wahl des einheitlich vorgesehenen Fluid-Druckes je nach Bedarf eingestellt werden kann, und durch die Trägerwelle getragen wird. Uebersteigen die Wirkungen der Tragkräfte Ps der seitlichen Walzenmantel-Drehlager 51, 52 diejenigen der Druckfluid kontrollierten Stützkräfte Qs, sind die Liniendrücke gegen die Seiten zu höher als in der Mitte der Walzenbreite. Sind die Wirkungen der Fluid-Stützkräften Qs dagegen unverhältnismässig grosser als die der seitlichen Walzenmantol-Tragkräfte Ps, werden die Liniendrücke in der Mitte der Walzenbreite akzentuiert. Die Abstimmung des Liniendruckverlaufes nach betrieblichen Anforderungen erfolgt auf einfache Weise durch gegenseitige Abstimmung j3er Anpresszylinderdrücke 9p einer-

seits und der Stützvorrichtung-Fluiddrücke 15p andrerseits.

In Fig. 10 ist die linke Hälfte der durchbiegungskontrollierten Walze im unbelasteten Zustand gezeigt. Die unterschiedlichen Positionen der Ringkammer-Begre'nzungsteil Ringschultern 19 gegenüber den Rückhalteflanschen 18 auf der oberen, der Belastungsrichtung entgegengesetzten Seite, im Vergleich zu der untern, der Belastungsrichtung abgewendeten Seite ist deutlich erkennbar. Die Rotation der Trägerwelle 11 ist hier um die obere Achse 61, die Rotation des Walzenmantels 4 um die untere Achse 62.

Auf der rechten Hälfte wird die durchbiegungskontrollierte Walze in belastetem Zustand gezeigt. Zur besseren Illustration ist auch hier die durchgebogene Achse 63 der belasteten Trägerwelle 11 stark vergrössert gezeigt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass, um richtig zu funktionieren, die Exzentrizität "e" zum mindestens gleich - oder etwas grosser - sein muss als derjenige Teil der maximal zu erwartende Durchbiegung "f" der Trägerwelle, welcher zwischen den seitlichen Walzenmantel-Drehlagern Punkt "S" und der Walzenmitte Punkt "M" entsteht, sowie einschliesslich dem Betrag der erforderlichen Vorbiegung des Walzenmantels, für Fälle, wo für die Durchbiegungen einer Gegenwalze 3 herkömmlicher Ausführung zusätzlich kompensiert werden muss.

Die linke Walzenhälfte zeigt im weiteren eine Ausführung einer Zahnkupplung 58 welche den Walzenmantel 4 Drehkraft schlüssig mit der Trägerwelle verbindet unter Zulassung der relativ geringen Achs-Verschiebungen der gekuppelten Drehteile um die Exzentrizität "e".

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Claims

Patentansprüche

^! Presswalze mit Durchbiegungskontroll-Vorrichtung, mit einem Walzenmantel zur Aufnahme des äusseren Pressdruckes und mit einer innerhalb des Walzenmantels angeordneten, aber ausserhalb desselben gelagerten, ihn tragenden und mit ihm rotierenden Trägerwelle und mehreren, in der Längsrichtung der Walze und auf der Trägerwelle angeordneten Stützvorrichtungen, die durch in der Trägerwelle vorhandene Kanäle hindurch mit Druckfluid zur Ausübung eines Druckes auf die Innenoberfläche des Walzenmantels beschickbar sind, derart, dass die Orientierung der in jeder dieser Stützvorrichtungen erzeugten resultierende Krafteinwirkung auch bei drehendem Walzenmantel unverändert bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stützvorrichtungen (16, 17, 23) eine die Trägerwelle (11) unterbrechungsfrei umgebende, an einem der Kanäle für die Druckfluidzufuhr angeschlossene im übrigen allseits dicht gegen Abfluss von Druckfluid abgeschlossene Ringkammer (20) aufweist, mit bei seitlichen Begrenzungen angeordneten Druckfluid-Abdichtungen (36) und jede dieser Stützvorrichtungen einen zunächst beim Walzenmantel(4) gelegenen elastisch komprimierbaren und biegsamen Ringbegrenzungsteil (17) aufweist, dessen radiale Expansion durch auf der Trägerwelle (11) abgestützte Rückhaltemittel (16) derart begrenzt wird, dass der maximal mögliche Abstand des peripheren Tragflächenteils des Ringkammerbegrenzungsteils zur Trägerwelle-Achse annähernd aber höchstens gleich dem Innenradius des Walzenmantels (4) ist.

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2. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 'die maximale radiale Expansion der dem Innern des Walzenmantels zunächst gelegenen peripheren Tragfläche der Stützschuhe (32) des Ringkammerbegrenzungsteils

(17) in einem, im wesentlichen dem innern Radius des Walzenmantels entsprechenden, über den ganzen Umfang gleichmässigen, radialen Abstand zur Axe (Z) der Trägerwelle (11) begrenzt ist durch die Rückhaltemittel (16), die aus auf der Trägerwelle (11) sitzenden Käfigringen

(17) mit an ihrem Aussenumfang beidseitig angeordneten koaxialen Rückhalteflanschen bestehen, an denen Ringschultern (33) anzuliegen kommen, die am benachbarten Ende des genannten, dem Walzenmantel zunächst gelegenen Ringkammerbegrenzungsteil (16) ausgebildet ist.
3. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale radiale Expansion der dem Innern des Walzenmantels zunächst gelegenen peripheren Tragflächen von auf dem Ringkammerbegrenzungsteil sitzenden Schuhen

(32) in einem, im wesentlichen dem innern Radius des Walzenmantels entsprechenden, über den ganzen Umfang gleichmässigen, radialen Abstand zur Axe (Z) der Trägerwelle (11) begrenzt ist durch die Rückhaltemittel (16) die aus auf der Trägerwelle (11) sitzenden Käfigringen

(17) mit an ihrem Aussenumfang beidseitig angeordneten koaxialen Rückhalteflanschen bestehen, an denen Ringschultern (33) anzuliegen kommen, die am benachbarten Ende von Schuhen (32) ausgebildet sind, welche kranzartig zwischen dem Walzenmantel (4) und dem genannten, ihm zunächst gelegenen Ringkammerbegrenzungsteil (17) eingesetzt sind und an diesem letzteren haften.
4. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringkammerbegrenzungsteil (17) aus einem

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elastischen Ring (31) und auf ihm kranzartig eingesetzten und daran haftenden dem Innern des Walzenmantels zunächst gelegenen Schuhen (32) besteht.
5. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringkammerbegrenzungsteil (17) ein allseitig elastischer Ring ist, der aus zahlreichen, radial verlaufenden Metallsegmenten (34) mit dazwischen angeordneten elastischen Zwischenlagen (35) besteht.
6. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringkammerbegrenzungsteil (17) eine Ringfeder (41) aus Metall oder Kunststoff aufweist, die aus quer zur Umfangsrichtung verlaufenden Querstegen (42) mit Uebergangsstellen (44) besteht, wobei die üebergangsstellen (44) die Querstege mäanderförmig verbinden und dünn ausgeführt sind, um die Elastizität und Kompressibilität der Ringfeder (41) zu gewährleisten.
7. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ringkammer (20) bei den Rückhalteringen (16) und bei dem zunächst beim Walzenmantel gelegenen Begrenzungsteil (17) durch eine im Querschnitt als frei flexible Rollmembrane wirkende Ringmembrane (37) begrenzt, deren Ränder zwischen den Enden einer der Tragkörper samt umgebenden Hülse und den benachbarten Rückhalteringen gehalten wird.
8. Presswalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ringkammer (20) bei dem zunächst beim Walzenmantel gelegenen Begrenzungsteil (17) durch eine im Querschnitt als frei flexible Rollmembrane wirkende Ringmembrane (30) begrenzt ist, deren Ränder auf einem den Tragkörper samt umgebenden, freie Rotation zu-

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lassende Hülse (23) gehalten sind und auf welcher Hülse (23) auch im Längsschnitt gesehen, sich auf jeder der beiden Seiten auf dem ganzen Umfang angeordnete Gleitdichtungen bekannter Art hat, die, das Druckfluid abdichtend, an Flächen des Tragkörpers oder der Rückhalteringe anliegen.
9. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ringkammer (20) bei den Rückhalteringen (16) und bei dem zunächst beim Walzenmantel gelegenen Begrenzungsteil (18) auch im Längsschnitt gesehen sich auf jeder der beiden Seiten auf dem ganzen Umfang angeordnete Gleitdichtungen (36) bekannter Art hat, die, das Druckfluid abdichtend, an den inneren Flächen der benachbarten Rückhalteringe (16) anliegen und freie Bewegung des Rxngkammerbegrenzungsteils gegenüber dem Tragkörper in radialer und Rotationsrichtung zulassen.
10. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (11) einen oder mehrere Druckfluidzuführungskanäle (12) enthält, welche mit einzelnen oder Gruppen der Ringkammern (20) verbunden sind und mit Druckfluiden, vorzugsweise Luft, verschiedener Drücke gespiesen werden können.
11. Presswalze nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, dass in ihrer Längsmitte der Walzenmantel (4) durch einen starren Ring oder ein Gelenklager (22) am Tragkörper praktisch unnachgiebig abgestützt ist.
12. Presswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (4) an beiden Enden auf Drehlagern (51, 52) abgestützt ist, und zwar derart, dass die Walzenmantelachse exzentrisch zu der Achse der

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Trägerwelle angeordnet ist und die Stützelemente auch im unbelasteten Zustand der Walze auf der Belastungsseite um zum mindesten das Mass (e) des zu erwartenden Totais der Belastungsdurchbiegungen von Trägerwelle und Walzenmantel vorkomprimiert sind, wobei das exzentrisch angeordnete Drehlager (54) sich über eine Hülse (53) und ein weiteres Drehlager (52) direkt auf die Trägerwelle (11) abstützt und die räumliche Orientierung der Exzentrizität durch Rotieren einer mit exzentrischen Lagersitzen versehenen Hülse ermöglicht wird.

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