DE3528588A1 - Walze zum ausueben einer presskraft auf eine faserstoffbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betriffte eine Walze zum Ausüben einer Preßkraft auf eine Faserstoffbahn, vorzugsweise Papierbahn, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bekannte Walzen dieser Bauart (siehe z. B. US-PS 44 14 890) ha­ ben einen zumindest überwiegend metallischen Walzenmantel, d. h. der die tragende Struktur des Walzenmantels bildende Teil ist aus einem metallischen Rohr gefertigt. Dieser metallische Wal­ zenmantel kann unmittelbar mit der zu behandelnden Faserstoff­ bahn in Berührung kommen. Es kann aber auch mit einem Überzug, z. B. aus Gummi, versehen werden. Walzen dieser Art haben sich bewährt. Sie sind aber nicht in allen Fällen für den Einsatz in der Entwässerungspresse einer Papiermaschine geeignet. Bei­ spielsweise bei der Herstellung von Papiersorten, die Holz­ schliff als Rohstoff enthalten, ist es erforderlich, daß die von der nassen Papierbahn berührte Walzenoberfläche aus Natur­ stein, vorzugsweise Granit oder aus einem gleichwertigen Kunst­ stein gebildet ist. Dies ist bisher im allgemeinen nur dadurch realisierbar, daß im wesentlichen der gesamte Walzenkörper aus Stein besteht.

Eine bekannte Steinwalze dieser Art ist in der US-PS 42 72 873 beschrieben. Sie hat einen aus Stein gefertigten Walzenkörper, der entweder als rohrförmiger Walzenmantel oder massiv ausge­ bildet ist. In beiden Fällen sind an den Stirnseiten scheiben­ förmige Spannflansche angeordnet. Diese sind mit Hilfe mehrerer Spannstäbe derart miteinander verbunden, daß der Stein-Walzen­ körper in axialer Richtung vorgespannt ist. Mit anderen Worten: Der Stein-Walzenkörper steht ständig unter einer axialen Druck-Spannung. Hierdurch wird folgendes erreicht: Beim Ausüben einer Preßkraft durch Zusammenwirken mit einer Gegenwalze, wird in dem von der Gegenwalze entfernten Bereich des Stein-Walzen­ körpers das Entstehen einer übermäßig hohen Biegespannung ver­ mieden, die den Walzenkörper zerstören könnte. Ein Nachteil dieser bekannten Steinwalzen ist darin zu sehen, daß trotz der Vorspannung des Stein-Walzenkörpers nur eine verhältnismäßig geringe Preßkraft pro Längeneinheit zulässig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steinwalze, vor­ zugsweise mit einem Walzenmantel aus Naturstein (z. B. Granit oder einem gleichwertigen Kunststein) zu schaffen, die das An­ wenden höherer Preßkräfte als bisher erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Anspruch 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst. Danach geht die Erfindung aus von einer bekannten Walze mit steuerbarer Durchbiegung; d. h. von einer Walze, in der die Preßkraft hydraulisch vom Walzenmantel auf einen feststehenden Kern übertragen wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es mit Hilfe besonderer Maßnah­ men gelingt, in einem Stein-Walzenmantel eine zylindrische In­ nenfläche als Lauffläche für die Elemente der hydraulischen Preßkraft-Übertragungseinrichtung herzustellen, die eine aus­ reichende Glätte aufweist und die mit genügender Genauigkeit konzentrisch zur Außenfläche liegt. Bisher konnten diese Voraussetzungen nur in einem metallischen Walzenmantel geschaf­ fen werden. Gemäß der Erfindung gelingt dies jedoch nun auch in einem Stein-Walzenmantel.

Bei einer ersten Ausführungsfrom der Erfindung wird mit Hilfe moderner Fertigungseinrichtungen die Lauffläche, an der die Elemente der hydraulischen Preßkraft-Übertragungseinrichtung gleiten, unmittelbar an der Innenseite des Stein-Walzenmantels hergestellt. Die zuvor erwähnten Fertigungseinrichtungen stehen jedoch nicht in allen Herstellungsbetrieben zur Verfügung. Au­ ßerdem kann nicht ganz ausgeschlossen werden, daß bei gewissen Steinsorten das Gleiten der Elemente der hydraulischen Preß­ kraft-Übertragungseinrichtung unmittelbar an der Innenseite des Stein-Walzenmantels diesen nach längerer Zeit beschädigt.

Deshalb wird bei einer zweiten Ausführungsfrom der Erfindung vorgesehen, daß die an der Innenseite des Walzenmantels befind­ liche Lauffläche aus einer Metallschicht gebildet wird (An­ spruch 2). Diese kann Unebenheiten an der Innenseite des Stein-Walzenmantels ausgleichen oder zumindest den Verschleiß durch das Gleiten der genannten Elemente hemmen oder ganz ver­ meiden. Die Metallschicht kann durch Galvanisieren der Innen­ seite des Walzenmantels gebildet werden (Anspruch 3). Eine an­ dere Möglichkeit besteht im Einsetzen eines metallischen Innen­ rohres in den Stein-Walzenmantel (Anspruch 4). Falls hierbei zwischen Rohr und Walzenmantel ein Zwischenraum verbleibt, wird dieser mit einem hart werdenden Stoff ausgegossen. Hierbei kann man die in der Patentanmeldung P 35 11 038 (Voith-Akte P 4 188) beschriebenen Stoffe und Arbeitstechniken anwenden (Ansprüche 5, 6).

Dank der erfindungsgemäßen Stützung des Stein-Walzenmantels durch die hydraulische Preßkraft-Übertragungseinrichtung können nunmehr wesentlich höhere Preßkräfte ausgeübt werden als bei herkömmlichen Steinwalzen. Man kann deshalb die erfindungsgemä­ ße Walze auch in einer Langspalt-Presse einsetzen, worin die Walze nicht mit einer zweiten Walze sondern mit einem festste­ henden, konkaven Preßschuh und mit einem umlaufenden Preßband zusammenarbeitet. Die hydraulische Preßkraft-Übertragungsein­ richtung erlaubt es unter Umständen sogar, daß auf eine Ein­ richtung zur Erzeugung einer axialen Vorspannung im Stein-Wal­ zenmantel verzichtet werden kann. Im allgemeinen wird man je­ doch versuchen (zumindest aus Sicherheits-Gründen) nach wie vor eine Vorspann-Einrichtung vorzusehen (Anspruch 7). Hierbei be­ reitet es jedoch beträchtliche Schwierigkeiten, innerhalb des Stein-Walzenmantels sowohl die Elemente zur hydraulischen Preß­ kraft-Übertragungseinrichtung als auch die Vorspann-Einrichtung unterzubringen.

Eine mögliche Lösung dieses zusätzlichen Problems besteht da­ rin, daß gemäß Anspruch 8 - bei Verwendung mehrerer Spannstäbe - jeder Spannstab in einer eigenen, den Walzenmantel durchdrin­ genden Bohrung angeordnet ist. Für sich allein ist eine solche Anordnung der Spannstäbe schon bekannt aus der US-PS 42 72 873, Fig. 2. Diese bekannte Bauweise hat den Nachteil, daß die Boh­ rungen nur unter großen Schwierigkeiten herstellbar sind. Es ist eine spezielle Bohrvorrichtung erforderlich, die sehr kost­ spielig ist und somit nicht in allen Fertigungsbetrieben zur Verfügung steht.

Eine andere Möglichkeit besteht deshalb darin, daß gemäß An­ spruch 9 die Spannstäbe zwischen der Innenseite des Stein-Wal­ zenmantels und dem oben schon erwähnten metallischen Innenrohr angeordnet werden. Diese Bauweise ist bei einer Steinwalze ohne hydraulische Preßkraft-Übertragungseinrichtung in der schon erwähnten Patentanmeldung P 35 11 038 vorgeschlagen werden. Nunmehr hat aber das metallische Innenrohr eine Doppelfunktion:

Zum einen bildet es die Lauffläche für die Elemente der hydrau­ lischen Preßkraft-Übertragungseinrichtung, zum anderen dient es zum Begrenzen eines ringförmigen, unmittelbar an der Innenflä­ che des Steinwalzenmantels befindlichen Zwischenraumes, in dem die Spannstäbe in einen (zunächst flüssigen und dann hart wer­ denden) Füllstoff eingebettet werden. Die Spannstäbe sind hier­ durch vor Korrosion geschützt und daran gehindert zu schwingen. Zugleich werden durch das Innenrohr etwa vorhandene Ungleichmä­ ßigkeiten der Innenfläche des Stein-Walzenmantels (d. h. etwaige Abweichungen von der exakt zylindrischen Innenfläche) über­ brückt.

Schließlich ist eine dritte Möglichkeit zur Kombination der Vorspann-Einrichtung mit einer hydraulischen Preßkraft-Übertra­ gungseinrichtung im Anspruch 10 angegeben. Diese Anordnung hat Ähnlichkeit mit einer Konstruktion, die durch die Einspruchs- Unterlagen zum deutschen Patent 28 18 437 (= US-PS 42 72 873) bekanntgeworden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Walze mit kontrollierbarer Durchbiegung und mit einem Stein-Walzenmantel im Längsschnitt.

Die Fig. 2 zeigt ein von der Fig. 1 abweichendes Ausführungs­ beispiel, ebenfalls im Längsschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Walze hat einen vorzugsweise aus Granit gefertigten, drehbaren Walzenmantel 10, der an jedem Walzenende mit einem Lagerflansch 11 bzw. 12 verbunden ist. Der eine Lagerflansch 11 ist im wesentlichen einteilig und hat ei­ nen hohlen Lagerzapfen 11 a, in dem ein Wälzlager 13 angeordnet ist. Der andere Lagerflansch 12 ist zweiteilig; d. h. er hat einen ebenfalls hohlen, jedoch kürzeren Lagerzapfen 12 a und als Verlängerung einen daran angeschraubten Zahnkranz 12 b, in dem wiederum ein Wälzlager 13 angeordnet ist. Mit dem Zahnkranz 12 b kämmt ein nicht dargestelltes Antriebszahnrad, um den Walzen­ mantel 10 anzutreiben. Falls ein derartiger Antrieb nicht be­ nötigt wird, können beide Lagerflansche 11 und 12 gleich ausge­ bildet werden.

An jedem Walzenende ist ein Abstützbock 14 vorgesehen mit je einem rohrförmigen Kragstück 14 a, das in das Innere des Lager­ zapfens 11 a bzw. 12 a und 12 b hineinragt. Auf seiner Außenseite trägt jedes der beiden Kragstücke 14 a eines der beiden Wälzla­ ger 13, die als Pendelrollenlager ausgebildet sind. Ein fest­ stehender Kern 15, der als ein im wesentlichen massiver Biege­ träger ausgebildet ist, erstreckt sich durch das Innere der gesamten Walze und ist mittels je einer kugeligen Büchse 16 an der Innenseite der Kragstücke 14 a der Abstützböcke 14 abge­ stützt. Die Abstützböcke ruhen z. B. in einem Maschinengestell 9 oder in je einem Schwenkhebel.

An jedem Lagerflansch 11, 12 ist ein Bund 17 angeformt, um den Walzenmantel 10 und die Lagerflansche 11, 12 gegenseitig zu zentrieren. Jeder dieser Bunde 17 trägt an seinem Ende eine Scheibe 18, an die in bekannter Weise in axialer Richtung eine Umfangsdichtung 19 angedrückt wird, die in einem ringförmigen, am Kern 15 befestigten Dichtungsträger 20 ruht. Die genannten Umfangsdichtungen 19 begrenzen den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Walzenmantel 10 und dem Kern 15. Dieser ringförmi­ ge Zwischenraum ist, wie ebenfalls bekannt, mittels zweier Längsdichtungen 29 (in der Zeichnung ist nur eine sichtbar) in zwei halbringförmige Kammern 21 und 22 unterteilt. Der einen Kammer 21 kann Druckflüssigkeit zugeführt werden, zwecks Über­ tragung der Preßkraft vom Walzenmantel 10 auf den Kern 20. Die andere Kammer 22 wird vorzugsweise auf Atmosphären-Druck gehal­ ten. Die Längsdichtungen 29 ruhen im Kern 15, sind radial in diesem verschiebbar und werden an die zylindrische Innenfläche 25 des Walzenmantels 10 angedrückt.

Anstelle der halbringförmigen Druckkammer 21, begrenzt durch die genannten Umfangsdichtungen 19 und Längsdichtungen 29, kön­ nen auch andere Elemente zur hydraulischen Preßkraft-Übertra­ gung vorgesehen werden. Beispielsweise könnte in bekannter Wei­ se ein an der Innenseite des Walzenmantels gleitender und sich über dessen ganze Länge erstreckender Gleitschuh angeordnet werden. Dabei ruht der Gleitschuh auf einer hydraulischen Druckkammer, die im Kern angeordnet ist. Eine andere, ebenfalls an sich bekannte Möglichkeit besteht darin, mehrere in einer Reihe angeordnete kolbenartige Gleitelemente vorzusehen, wobei jedes dieser Elemente auf einer hydraulischen Kammer im Kern abgestützt ist und an der Innenseite des umlaufenden Walzenman­ tels gleitet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt an jedem Wal­ zenende die Mitte des Wälzlagers 13 in der gleichen Ebene wie die Mitte der kugeligen Büchse 16. Stattdessen könnten die Wälzlager 13 auch in geringerer Entfernung vom Walzenmantel 10 angeordnet werden und beispielsweise unmittelbar auf dem Kern 20 ruhen.

Gemäß Fig. 1 sind die beiden Lagerflansche 11 und 12 mit Hilfe von Spannstäben 23 mit dem Stein-Walzenmantel 10 verspannt. Es sind mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Spannstäbe vorge­ sehen. Jeder der Spannstäbe 23 ist in einer eigenen, den Wal­ zenmantel 10 durchdringenden Bohrung angeordnet. Der Durchmes­ ser jeder dieser Bohrung muß etwas größer sein als der Außen­ durchmesser der Spannstäbe. Der somit in jeder Bohrung verblei­ bende ringförmige Spalt wird mit einem hartwerdenden Stoff aus­ gegossen. Hierdurch wird ein Schwingen der Spannstäbe 23 ver­ mieden und der Korrosion vorgebeugt.

In Fig. 1 ist angenommen, daß die Längsdichtleisten 29 entwe­ der unmittelbar an der Innenseite 25 des Stein-Walzenmantels 10 gleiten oder auf einer dort galvanisch aufgebrachten Metall­ schicht. Anstelle einer Metallschicht könnte die Lauffläche 25 auch durch eine Kunststoff-Beschichtung gebildet sein.

In Fig. 2 sind die gegenüber Fig. 1 unveränderten Teile, also insbesondere der Kern 15, die Lager 13 und die Abstützböcke 14, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Stein-Walzenmantel 10′ weist gegenüber Fig. 1 vergrößerte Außen- und Innendurch­ messer auf. Dementsprechend sind auch die Außendurchmesser der Lagerflansche 11′ und 12′ vergrößert. Die Spannstäbe 23 er­ strecken sich nunmehr, abweichend von Fig. 1, entlang der In­ nenfläche des Stein-Walzenmantels 10′ in geringer Entfernung von dieser. Unmittelbar radial innerhalb der Spannstäbe 23 er­ streckt sich konzentrisch durch das Innere der Walze ein me­ tallisches Innenrohr 30. An jedem Ende des metallischen Innen­ rohres 30 ist an diesem ein Tragring 31 bzw. 32 befestigt. Mit Hilfe dieser Tragringe ist das Innenrohr 30 auf Bunden 33 und 34, die an die Innenseite der Lagerflansche 11′ und 12′ ange­ formt sind, zentriert. Jedes der Zentrierflächenpaare ist durch einen Dichtring 35 abgedichtet. Somit besteht zwischen der zy­ lindrischen Innenfläche des Stein-Walzenmantels 17′ und dem metallischen Innenrohr 30 ein abgeschlossener ringförmiger In­ nenraum, der gemäß Patentanmeldung P 35 11 038 mit einem zu­ nächst flüssigen und dann hart werdenden Füllstoff 36 ausge­ füllt wird. Wie in der vorgenannten Patentanmeldung beschrie­ ben, können zwischen je zwei benachbarten Spannstäben 23 auf der Außenseite des Innenrohres 30 Füllstücke angeordnet werden, so daß sich die Menge des flüssig einzufüllenden Füllstoffes verringert.

In Fig. 2 bildet die zylindrische Innenfläche 36 des Innenroh­ res 30 die Lauffläche für die Längsdichtungen 29. Die Umfangs­ dichtungen 19 gleiten an den inneren Stirnseiten der beiden Tragringe 31 und 32. Die mit Hydraulik-Druck beaufschlagte Druckkammer ist wiederum mit 21 und die gegenüberliegende, im wesentlichen drucklose Kammer mit 22 bezeichnet. Die Übertra­ gung der Preßkraft vom Stein-Walzenmantel 10′ auf den Kern 15 erfolgt, also nicht allein über die Druckkammer 21, sondern zusätzlich über den ausgehärteten Füllstoff 36 und über das Innenrohr 30. Wesentlich ist hierbei, daß gemäß der schon er­ wähnten Patentanmeldung P 35 11 038 ein Füllstoff verwendet wird, der sämtliche Bereiche des Zwischenraumes zwischen Wal­ zenmantel 10′ und Innenrohr 30 vollkommen ausfüllt; d. h. der Füllstoff darf beim Erhärten nicht nennenswert schwinden. Au­ ßerdem darf er auch nach längerer Betriebsdauer nicht spröde werden.

Eine andere, nicht dargestellte Ausführungsfrom der Erfindung ist die folgende: Die Spannstäbe 23 sind wie in Fig. 1 in indi­ viduellen Bohrungen des Stein-Walzenmantels 10 angeordnet. Die Längsdichtungen 29 gleiten wie in Fig. 2 an der Innenfläche eines metallischen Innenrohres. Dieses ist, abweichend von Fig. 2 unmittelbar in den Stein-Walzenmantel eingesetzt und haftet an diesem z. B. durch Kleben und/oder aufgrund einer Vorspan­ nung, die durch Unterkühlen des Rohres beim Einsetzen erzeugt wird. Falls die Innenfläche des Stein-Walzenmantels Ungleichmä­ ßigkeiten aufweist, die nicht beseitigt werden können, also wenn keine exakt zylindrische Innenfläche vorhanden ist, dann wird das Innenrohr wie in Fig. 2 zentriert und der verbleibende Zwischenraum mit einem zunächst flüssigem und danach hart wer­ denden Stoff ausgefüllt.

Claims (11)

1. Walze zum Ausüben einer Preßkraft auf eine Faserstoffbahn, vorzugsweise Papierbahn, mit den folgenden Merkmalen:

• a) durch einen rohrförmigen, drehbaren Walzenmantel (10) erstreckt sich ein feststehender Kern (15), der an seinen beiden Enden in je einer Stützeinrichtung (14) ruht;
• b) zwischen dem Kern (15) und dem Walzenmantel (10) be­ findet sich ein ringförmiger Zwischenraum (21, 22), in dem Elemente (29) einer hydraulischen Einrichtung zur Übertragung der Preßkraft vom Walzenmantel auf den Kern angeordnet sind;
• c) der Walzenmantel (10) ist an jedem Walzenende mit ei­ nem Lagerflansch (11, 12) verbunden;
• d) die genannten Elemente (29) der hydraulischen Preß­ kraft-Übertragungseinrichtung sind mit dem feststehen­ den Kern (15) verbunden und gleiten an einer zur Au­ ßenfläche des Walzenmantels (10) konzentrischen Innen­ fläche ("Lauffläche" 25 bzw. 36);
• e) dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der überwiegende Teil des Walzenmantels (10) (d. h. der die tragende Struktur des Walzenmantels bildende Teil) aus einem steinartigen Material, Naturstein, Kunststein oder dergleichen, gebildet ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ nannte Lauffläche (25 bzw. 36) aus einer Metallschicht ge­ bildet ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (25) durch galvanisches Metallisieren des Stein-Walzenmantels (10) gebildet ist bzw. sind.

4. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ nenseite des Stein-Walzenmantels (10) durch ein metalli­ sches Innenrohr (30) ausgekleidet ist, dessen zylindrische Innenfläche die Lauffläche (36) für die Elemente (29) der hydraulischen Preßkraft-Übertragungseinrichtung bildet.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwi­ schen dem metallischen Innenrohr (30) und der Innenseite des Stein-Walzenmantels (10) verbleibender Zwischenraum mit einem festen (d. h. harten) Stoff (36) ausgefüllt ist.

6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der fe­ ste Stoff (36) in flüssigem Zustand in den Zwischenraum (31) eingebracht und danach erhärtet ist.

7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fe­ ste Stoff (36) vor dem Erhärten bei Raumtemperatur dünn­ flüssig und beim Erhärten wenigstens angenähert schwin­ dungsfrei ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, an den Lagerflanschen (11, 12) angreifende Einrichtung (23) zum Erzeugen einer axialen Vorspannung im Stein-Walzenmantel (10).

9. Walze nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere achspa­ rallele, zum Erzeugen der axialen Vorspannung im Stein- Walzenmantel (10) dienende Spannstäbe (23), die sich vom einen Lagerflansch (11) zum anderen (12) erstrecken, wobei jeder Spannstab (23) in einer eigenen, den Walzenmantel durchdringenden Bohrung angeordnet ist.

10. Walze nach den Ansprüchen 5 und 8, gekennzeichnet durch mehrere achsparallele, zum Erzeugen der axialen Vorspannung im Stein-Walzenmantel (10) dienenden Spannstäbe (23), die sich vom einen Lagerflansch (11) zum anderen (12) er­ strecken, wobei die Spannstäbe (23) zwischen der Innenseite des Stein-Walzenmantels (10′) und dem metallischen Innen­ rohr (30) angeordnet und in gehärtetem Füllstoff (36) ein­ gebettet sind.

11. Walze nach einem der Ansprüch 4 bis 7 und nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Innenrohr an seinen beiden Enden mittels mehrerer über den Umfang ver­ teilter Gewindebolzen mit den Lagerflanschen verbunden ist, so daß das Innenrohr die axiale Vorspannung im Walzenmantel erzeugt.