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Druckwalze
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Die Erfindung betrifft eine Druckwalze mit einem stehenden axialen
Träger und mit einem um den Träger drehbaren Walzenmantel, welcher am Träger durch
hydrostatische Stützelemente abgestützt ist.
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Die eingangs beschriebene Druckwalze ist eine sogenannte Druckausgleichwalze.
Der Walzenmantel wird mittels der Stützelemente gegen mindestens eine der Druckwalzen
in einem Walzwerkstuhl zugeordnete Gegenwalze gedrückt, wodurch entlang dem Pressspalt
zwischen den zusammenwirkenden Walzen, an allen Stellen ein gleicher Pressdruck
herstellbar ist. Die Stützelemente sind in Stützebenen angeordnet, welche jeweils
durch die Achse des Trägers bzw. des Walzenmantels und die der Gegenwalze bestimmt
ist. In der Stützebene liegt auch jeweils der Pressspalt.
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Der Träger biegt sich während einer Druckbehandlung einer Warenbahn
in dem Pressspalt unter der Wirkung der Stützelemente durch. Auch der Walzenmantel
verformt sich, wenn er einer Durchbiegung der Gegenwalze unter dem Druck der Stützelementen
angepasst wird zum Bilden eines Pressspaltes gleicher lichten Weite über die ganze
Breite der Materialbahn.
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Bei einem Trio-Walzwerkstuhl, in welchem die Achsen einer Druckwalze
und der Gegenwalzen in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen, soll der Walzenmantel
gleichzeitig auch den Durchbiegungen der zwei Gegenwalzen angepasst werden.
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Da Position und Form des Walzenmantels und die des Trägers relativ
zueinander während des Betriebes des Walzwerkstuhles ständig ändern, ist es schwierig
eine Lagerung des Walzenmantels zum Träger zu finden. Die dies betreffenden bisherigen
Konstruktionen sind kompliziert und genügen dazu nicht immer in allen in Frage kommenden
Einsatzmöglichkeiten einer Druckausgleichwalze.
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Zum Beispiel bei den erwähnten Trio-Walzwerk stühlen: Hier kann der
Walzenmantel, auf herkömmliche Weise zum Träger gelagert und geführt tieferen Durchbiegungen
der Gegenwalzen nicht folgen. Das führt dazu, dass auch die Gegenwalzen als Druckausgleichwalzen
ausgeführt werden müssen, um einen im wesentlichen geraden Pressspalt zu erzielen.
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Dadurch sind solche Walzwerkstühle entsprechend teuer und kompliziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Druckwalze der
eingangs beschriebenen Art eine Lagerung des Walzenmantels zum Träger zu finden,
welche eine Anpassung des Walzenmantels der Druckwalze an die sich durchbiegenden
Gegenwalzen in einem weiteren Bereich als bisher erlaubt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Walzenmantel
zum Träger in allen radialen Richtungen beweglich gelagert ist und radial zum Träger
nur mittels der Stützelemente und mindestens einer dem Walzenmantel zugeordneten
Gegenwalze geführt ist, wobei die Stützelemente so ausgeführt sind, dass sie den
allen radialen Bewegungen des Walzenmantels folgen können.
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Der Walzenmantel ist zu dem Träger in allen radialen Richtungen frei
beweglich und seine Position im Raum und seine Form ist in diesen Richtungen ausschliesslich
durch das Zusammenwirken der Stützelemente und der mindestens einer Gegenwalze
bestimmt.
In einem Trio-Walzwerkstuhl kann eine solche Druckausgleichwalze vorteilhaft zusammen
mit zwei einfachen Vollwalzen als Gegenwalzen eingesetzt werden. Der Walzenmantel
folgt den Durchbiegungen dieser Gegenwalzen. Die Konstruktion der Druckwalze und
des ganzen Walzwerkstuhles ist vereinfacht und verbilligt.
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Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand einer Zeichnung
erklärt, in welcher einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Druckwalze
vereinfacht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1. ein erstes Ausführungsbeispiel
im partialen Längsschnitt, und Fig. 2. ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3.
ein Detail einer sphärischen Lagerung, Fig. 4. einen Schnitt gemäss Linie A-A in
Fig. 1., und Fig. 5. ein Trio-Walzwerkstuhl im partialen Querschnitt.
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Die Druckwalze 1 ist eine Druckausgleichwalze. Sie weist einen stehenden,
d.h. nicht rotierbaren Träger 2 auf, um welchen ein Walzenmantel 3 drehbar angeordnet
ist. Der Walzenmantel 3 ist durch hydrostatische Stützelemente 4, von welchen nur
einige wegen Vereinfachung der Zeichnung gezeigt sind, an dem Träger 2 abgestützt.
Die Stützelemente 4 sind jeweils in einer Reihe angeordnet, entlang dem Träger 2
und in einer Stützebene E, welche durch die Achse des Trägers 2, bzw. des Walzenmantels
3 der Druckwalze 1 und die Achse einer Gegenwalze 5 bestimmt ist. Wenn zwei Gegenwalzen
51 und 52 zu einer Druckwalze 1 in einem Trio-Walzwerkstuhl zugeordnet sind, gibt
es zwei Stützebenen E1 und E2, in welchen jeweils, dem Träger 2 entlang, Stützelemente
41 und 42 in Reihen angeordnet sind. In der jeweiligen Stützebene E liegt auch der
Pressspalt 6 zwischen dem Walzenmantel 4 der Druckwalze 1 und der Gegenwalze 5.
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Der Träger 2 der Druckwalze 1 ist in einem nicht gezeigten Stuhl-Gestell
abgestützt, in welchem auch die mindestens eine Gegenwalze 5 gelagert ist. Der Träger
2 ist in dem Gestell unverdrehbar gelagert. Weil er sich aber während des Betriebes
unter der Wirkung der an ihm abgestützen Stützelemente 4 durchbiegt, ist er an einer
Seite axial unverschiebbar, an der anderen Seite jedoch axial verschiebbar gelagert.
Diese Lagerung des Trägers 2 in dem Gestell ist in Fig. 1 beiderseits an dem Träger
2 schematisch gezeigt.
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Der drehbar um den Träger 2 angeordnete Walzenmantel 3 ist zum Träger
2 in allen radialen Richtungen beweglich gelagert; er ist in keiner radialen Richtung
mit dem Träger verbunden und von ihm geführt. Seine Lage im Raum ist radial zum
Träger nur mittels der Stützelemente 3 und der mindestens einer Gegenwalze 5, welche
ihm in dem Walzwerkstuhl zugeordnet ist, geführt. Wenn dem Walzenmantel 3, wie dem
gemäss Fig. 5 ist, zwei Gegenwalzen 51 und 52 zugeordnet sind, ist seine Lage radial
zum Träger 2 nur durch die zwei Gegenwalzen 51 und 52 und durch die zusammenwirkenden
zwei Reihen von Stützelementen 41 und 42 bestimmt. Der Walzenmantel 3 folgt also
den geometrischen Veränderungen der Gegenwalzen, ihren Durchbiegungen, unter dem
Druck der Stützelemente 41 und 42, ohne dabei von dem Träger 2 her behindert zu
sein. Die hydrostatischen Stützelemente 4 sind so ausgeführt, dass sie, in der Stützebene
E, den Bewegungen des Walzenmantels 3 radial zum Träger 2 folgen. Ihre konkrete
Ausführung zu diesem Zweck ist bereits bei den Druckausgleichwalzen bekannt. Sie
sind in der Stützebene E jeweils hydraulisch verschiebbar. Sie können auch zur Stützebene
E pendeln. Die radiale Bewegung des
Walzenmantels 3, seine Verformung
bzw. seine Verschiebung ist einerseits durch die Wirkung der in dem Träger abgestützten
Stützelementen 4 zugeführt, andererseits durch die Gegenwalzen 5 begrenzt.
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Wie in Fig. 1 und 2 besonders gezeigt ist, ist der Walzenmantel 3
in allen radialen Richtungen zum Träger 2 beweglich gelagert, er ist jedoch in axialer
Richtung zum Träger 2 an dem Träger selbst geführt.
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Die Führung des Walzenmantels 3 am Träger 2 ist nur an einer Stelle
des Walzenmantels bzw. der Trägers gewährleistet. Die Längsveränderungen des Walzenmantels
3 gegenüber dem Träger 2 während des Betriebes können so unbehindert vor: sich gehen.
Dazu weist die Druckwalze 1 einen den Träger 2 umschliessenden Führungsring 7, welcher
zwischen dem Walzenmantel 3 und dem Träger 2, koaxial zum Walzenmantel angeordnet
ist und eine zentrale Oeffnung 8 aufweist, welche dem Führungsring 7 gegenüber dem
Träger 2 Bewegungen in allen radialen Richtungen erlaubt. Vorzugsweise ist dies
in dem Ausführungsbeispiel so ausgeführt, dass der Träger 2 an der Stelle, wo der
Führungsring 7 anzubringen ist ein rundes Profil aufweist, wobei die zentrale Oeffnung
8 des Führungsringees 7 einen grösseren Durchmesser hat als der Träger 2 an jener
Stelle.
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Der Führungsring 7 ist zu dem Walzenmantel 3 radial und axial unverschiebbar
zugeordnet, ist aber am Träger 2, zwischen zwei Grenzringen 9 und 10, welche beide
mit dem Träger 2 fest verbunden sind geführt.
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Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Führungsring, der mit 71 bezeichnet
ist, zum Walzenmantel 3 mittels Keilen 11 befestigt und ist zusammen mit dem Walzenmantel
3 rotuerhar. Zwischen dem Grenzring 10 und dem Führungsring 71 ist eine Dichtung
12 vorgesehen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist der Führungsring 7 in
Umlaufrichtung des Walzenmantels 3 arretiert, er dreht nicht mit dem Walzenmantel
zusammen.
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Dazu ist eine elastomere Manschette 13 vorgesehen, welche einerseits
zum Führungsring 7 andererseits zum Träger 2 befestigt ist. Diese Manschette hält
den Führungsring 7 in UmlauE-richtung des Walzenmantels 3 fest, erlaubt jedoch die
radialen Bewegungen des Führungsringes 7 zum Träger 2. Zwischen dem nicht rotierbaren
Führungsring 7 und dem drehbaren Walzenmantel 3 ist eine radial und axial unverschiebbare
Lagerung 14 vorgesehen, deren Aussenring 14 zu dem Walzenmantel 3 befestigt ist.
Die benutzte Lagerung 14 weist ein Kugelrollenlager, welches keine Pendelbewegungen
zwischen dem Aussen- und dem Innenring des Lagers zulässt. Weil der Führungsring
7 mit dem Walzenmantel 3 bei Durchbiegung des Trägers 2 beim Betrieb gegenüber dem
Träger schräg steht, wie es in übertriebener Form in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist,
sind die zwei Grenzringe 9 und 10 mit einem gewissen Spiel zum Führungsring 7 bzw.
71 angeordnet zu Tollerierung der Schräglage des Führungsringes 7 zum Träger 2.
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Wenn, wie in Fig. 3 besonders gezeigt ist, die Lagerung 143 zwischen
dem Führungsring 73 und dem Walzenmantel 3 eine sphärische ist, z.B. ein Pendelrollenlager
oder ein sphärisches Tonnenlager, dann kann der Führungsring 73 zu dem Walzenmantel
3 eine Schrägstellung einnehmen, und die Grenzringe 9 und 10 liegen dem Führungsring
eng an.
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Solche axiale Führung des Walzenmantels 3 zum Träger 2 ist geräuscharm.
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Zum Anpassen des Walzenmantels 3 der im Betrieb vorkommenden Durchbiegung
der Gegenwalze 5, also zum Umformen der Mantellinien (bei nicht durchgebogenen Gegenwalzen)
zu
Mantelkurven (bei durchgebogenen Gegenwalzen) ist neben der
Presskraft, mit welcher die Materialbahn im Pressspalt 6 behandelt ist, von den
Stützelementen 4 zusätzlich noch eine Umformungskraft auszuüben. Diese zusätzliche
Kraft lässt sich in weitem Masse ersparen, wenn der Walzenmantel 3, wie in den Ausführungsbeispielen
ausgeführt, elastisch ist. Dazu ist der Walzenmantel 3 mindestens teilweise aus
einem elastomeren Material.
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Ein elastischer Walzenmantel aus einem dünnen Stahlrohr ist aus demselben
Grund vorteilhaft.
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Wie in Fig. 1 gut zu sehen ist, ist der Walzenmantel 3 zum Träger
2 in axialer Richtung nur an einer Stelle des Walzenmantels 3 bzw. des Trägers 2
geführt, und zwar ist die einzige axiale Führungsvorrichtung rechts in Fig. 1 gezeigt.
An der gegenüberliegenden Seite der Druckwalze 1.
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links in Fig. 1, ist nur eine Abdichtungsvorrichtung vorgesehen, welche
einen zu dem Walzenmantel 3 dicht anliegenden und mit ihm zusammen rotierbaren Dichtungsring
16 und eine elastomere Dichtungsmanschette 17 aufweist, welche einerseits zu dem
Träger 2 dicht befestigt ist und andererseits zum Dichtungsring 16 gleitbar angepasst
ist.
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Eine dritte Ausführungsform der Druckwalze 1 ist in Fig. 5 dargestellt.
Dabei ist der Walzenmantel 3 zum Träger 2 in axialer Richtung von einer mit der
Druckwalze 1 im Walzwerkstuhl zusammenwirkenden Gegenwalze 51 geführt. Diese Gegenwalze
51 weist beiderseits jeweils einen am Rande ihres Mantels befestigten Flanschring
19 auf. In der Zeichnung ist nur der vordere Flanschring zu sehen. Der axiale Abstand
zwischen den zwei Flanschringen 19 ist der Länge des Walzenmantels 3 der Druckwalze
1 angepasst, so dass der Walzenmantel 3 in axialer Richtung zum Träger 2 von den
zwei Flanschringen 19 geführt ist. Der Mantel der Gegenwalze
51
mit den zwei Flanschringen 19 ist über die Lagerung der Achse der Gegenwalze 51
in dem Gestell des Walzwerkstuhles radial wie axial geführt.
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Es wäre denkbar einen ersten Flanschring zum Führen des Walzenmantels
3 an der ersten Gegenwalze 51 und einen zweiten Flanschring zum Führen des Walzenmantels
3 an der anderen Seite an der zweiten Gegenwalze 52 anzuordnen.
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Die Druckwalze 1 nach diesem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist
sehr einfach. Es wurde auf eine axiale, zwischen dem Walzenmantel 3 und dem Träger
2 angeordnete Führungsvorrichtung völlig verzichtet. Das Walzenmantelinnere ist
nach Aussen abgedichtet, vorteilhafter Weise so, wie es im Zusammenhang mit Fig.
1 beschrieben wurde und wie es in Fig. 1 links gezeigt ist.
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An der erfingungsgemässen Druckwalze 1 können zusätzlich einige wichtige,
bei den Druckausgleichwalzen im allgemeinen bereits bekannte Massnahmen ausgeführt
werden. So wäre es möglich aus den Stützelementen 4 dem Pressspalt 6 entlang einige
Zonen zu bilden, wobei die einer Zone zugeordneten Stützelemente an eine separate
Druckleitung angeschlossen sind. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Zonen der
Stützelemente entlang der Breite der zu behandelnden Materialbahn mit verschiedenem
Druck zu betätigen.
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Zum vereinfachten Abheben der Druckwalze 1 von den Gegenwalzen 5 weg
wäre es möglich mindestens ein hydrostatisches Druckelement am Träger 2 anzuordnen.
Mittels eines Druckes im Druckelement und gleichzeitigem Abstellen des Druckes in
den Stützelementen 4 lässt sich dann der Walzenmantel 3 von den Gegenwalzen 5 weg
abheben.
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Die Druckwalze kann auch in einem Duo-Stuhl mit einer einzigen Gegenwalze
eingesetzt werden. Wenn es unter ungünstigen Betriebsverhältnissen zum Pendeln des
Walzenmantels der Druckwalze relativ zu der Stützebene kommen sollte, wären eine
oder zwei einfache Führungsrollen zum Korrigieren des Ganges des Walzenmantels diesem
zuzuordnen.
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