DE3901468C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walzenpresse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, umfassend eine ein­ fache Preßwalze und eine Gegenwalze, die als Preßwalze mit steuerbarer Durchbiegung ausgebildet ist.

Walzenpressen der gattungsgemäßen Art sind bekannt und haben sich im großen und ganzen auch bewährt. Ihre bestimmungsgemäße Aufgabe liegt darin, das zwischen den beiden Preßwalzen hin­ durchlaufende bahnförmige Gut in spezifischer Weise zu behan­ deln. In Verbindung mit Papiermaschinen werden Walzenpressen der genannten und bekannten Art beispielsweise in sogenannten Preßstationen, z.B. in der Naßpresse oder in Glättwerken einge­ setzt.

Mit zunehmender Breite der Papiermaschinen und auch zunehmenden Arbeitsgeschwindigkeiten kommt dem Problem der über die gesamte Bahnbreite einzuhaltenden konstanten Linienkraft eine ent­ scheidende Bedeutung zu.

Beim Betrieb einer Walzenpresse zur Behandlung von endlosem bahnförmigen Gut hat sich gezeigt, (vgl. Wochenblatt für Pa­ pierfabrikation, 11/12, 1988, S. 490), daß sich das Walzenrohr der einfachen Preßwalze unter dem Einfluß der Linienkraft in Abhängigkeit von der Wanddicke verschiedenartig durchbiegt.

Diese Durchbiegung tritt einerseits als Balken-Biegung in Er­ scheinung, die aus der Abstützung des Walzenrohrs über die La­ gerzapfen der Zylinderdeckel in einem Stützlager resultiert; andererseits entsteht am Walzenrohr eine Abplattung (oder Ovalisierung) des kreisrunden Rohrquerschnitts aufgrund der ra­ dial wirkenden Last in der Preßebene zwischen der einfachen Preßwalze und der Gegenwalze.

Die genannte Abplattung des Walzenrohrs, auch Schalenbiegung genannt, ist jedoch über die Breite der Walzenpresse ungleich und ungleichförmig. Das Walzenrohr ist an den Stirnseiten durch die Walzendeckel so versteift, daß dort keine Abplattung auf­ tritt. Mit zunehmendem Abstand von den Deckeln, d.h. vom Stütz­ lager, nimmt jedoch die Stützwirkung der Deckel ab - bei dünn­ wandigen Walzenrohren geht die genannte Stützwirkung im Mitten­ bereich der Walzenpresse gegen "Null". Die Abplattung, d.h. ra­ diale Verformung des Walzenrohres ist insbesondere dann zu be­ achten, wenn die Wanddicke gegenüber dem Walzendurchmesser klein ist, z.B. ein Achtel davon oder weniger.

Während die Balken-Biegelinie des Walzenrohres (resultierend aus der Linienlast der Gegenwalze) einen einfach berechenbaren Verlauf hat, kann die Schalenbiegung des Walzenrohrs über die Breite der Walzenpresse nur schwer berechnet werden. Diese Schalenbiegung des Walzenrohrs kann nur mit einem erheblichen rechnerischen Aufwand unter Zuhilfenahme der sogenannten "Finite Elemente"-Rechnung erfaßt werden. Es hat sich gezeigt, daß der Verlauf der Schalenbiegung und der Verlauf der Balken­ biegung über die Breite der Walzenpresse betrachtet unter­ schiedlich sind.

Da die Walzenpresse, wie schon erwähnt, aus einer Gegenwalze mit steuerbarer Durchbiegung und der einfachen Preßwalze mit relativ dünnwandigem Walzenrohr besteht, kann über die Steue­ rung der Durchbiegung der Gegenwalze die Balkenbiegung der Preßwalze weitgehend kompensiert werden. Es ist jedoch bisher nicht möglich, auch die durch die radiale Verformung, d.h. die Schalenbiegung bedingte Durchbiegung zu korrigieren bzw. zu kompensieren. Es bleiben somit unzulässige Ungleichförmigkeiten der Linienkraftverteilung, was zu unzulässigen Qualitätsab­ weichungen beim bahnförmigen Gut führt.

Grundsätzlich wäre es denkbar, statt der einfachen Preßwalze eine zweite Walze mit steuerbarer Durchbiegung zu verwenden. Angesichts des zusätzlichen Aufwands ist dieser Lösungsvor­ schlag jedoch unrealistisch.

Zur Minimierung des aus der Schalenbiegung resultierenden Feh­ lers ist es bekannt, die Wanddicke des Walzenrohres der ein­ fachen Preßwalze so groß zu dimensionieren, daß die Schalenbie­ gung relativ zur gesamten Durchbiegung der Preßwalze vernach­ lässigbar ist. Dies führt jedoch zu einer teueren und schweren Walze.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be­ steht darin, bei einer Walzenpresse der gattungsgemäßen Art, bei der die einfache Preßwalze aus einem relativ dünnwandigen Walzenrohr besteht und somit leicht ist, zu erreichen daß die einfache Preßwalze aber trotzdem bei der Pressung gegen die Gegenwalze mit steuerbarer Durchbiegung eine Biegelinie hat, die derjenigen der Gegenwalze möglichst gut angenähert ist. (Unter einem "relativ dünnwandigen Walzen­ rohr" wird ein solches verstanden, bei dem die Wanddicke höchstens 1/8 des Außendurchmessers beträgt).

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Walzenpresse durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach wird das Walzenrohr der ein­ fachen Preßwalze, über die Maschinenbreite betrachtet, mit un­ gleicher Wanddicke ausgeführt. Beispielsweise macht man gemäß der Erfindung das Walzenrohr an denjenigen Stellen dünner, wo bisher die Biegelinie des Walzenrohres flacher ist als die Bie­ gelinie der Gegenwalze. Oder man macht das Walzenrohr an jenen Stellen dicker, an denen bisher gegenüber der Biegelinie der Gegenwalze zuviel Biegung auftritt. Weiterbildungen und beson­ dere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Die Erfindung und der Stand der Technik sind anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine aus einer - im Schnitt dargestellten - einfachen Preßwalze und einer Gegenwalze bestehende Walzenpresse gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt durch die einfache Preßwalze der Fig. 1;

Fig. 3 die Biegelinien der einfachen Preßwalze nach Fig. 2 und der dazugehörenden Gegenwalze;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße einfache Preßwalze mit einer Um­ fangsnut im Bereich der Stirnseite und einer Ausdre­ hung im Mittenbereich;

Fig. 5 die Biegelinie der Preßwalze nach Fig. 4 im Vergleich mit den Biegelinien der Fig. 3;

Fig. 6 eine Preßwalze mit Versteifungsringen;

Fig. 7 eine Preßwalze mit Versteifungsringen, sowie mit einer Umfangsnut und einer Ausdrehung;

Fig. 8 eine Preßwalze, deren Walzenmantel aus drei Rohr­ stücken zusammengefügt ist.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Walzenpresse 1, die aus einer Gegenwalze 2 mit steuerbarer Durchbiegung und einer - im Schnitt gezeichneten - (einfachen) Preßwalze 3 besteht. Beide Walzen liegen sich in einer Preßebene gegenüber, in der das bahnförmige Gut, beispielsweise die Papierbahn, zwischen den Walzen hindurchgeführt und dabei spezifisch behandelt wird. Die Bahnbreite ist mit B bezeichnet; diese ist wenigstens angenä­ hert gleich der Breite der Preßzone. Die Preßwalze 3 umfaßt ein Walzenrohr 4, dessen Länge in der Regel etwas größer als die Bahnbreite B ist. An jeder Stirnseite des Walzenrohres 4 ist ein Walzendeckel 5 vorgesehen, mit einem Lagerzapfen 6, der auf einem Abstützbock 7 gelagert ist. Nicht dargestellt sind die Anpreßeinrichtungen, mit der die Gegenwalze 2 von unten her an die Preßwalze 3 angepreßt wird, wobei sich diese nach oben durchbiegt.

Die Gegenwalze 2 wird dabei über ihre Länge, d.h. über die Breite der Walzenpresse 1, vom Walzeninneren her gezielt so be­ aufschlagt, daß sie soweit wie möglich der Durchbiegung der Preßwalze 3 folgt. Die Preßwalze 3 ihrerseits unterliegt zu­ sätzlich zur Balkenbiegung einer Schalenbiegung, weil die Wand­ dicke des Walzenrohres 4 im Verhältnis zu seinem Außendurchmes­ ser relativ klein ist.

Fig. 2 zeigt einen Teil-Schnitt der Preßwalze 3 mit angeflan­ schtem Walzendeckel 5 nach Fig. 1. Die Wanddicke des Walzen­ rohres 4 beträgt ungefähr 1/10 des Außendurchmessers und ist in herkömmlicher Weise über die Walzenlänge gleichmäßig.

Fig. 3 zeigt die sich bei der Walzenpresse nach Fig. 1 ergeben­ den Biegelinien, wobei abweichend von Fig. 1 angenommen ist, daß die Gegenwalze nunmehr von oben her eine Preßkraft in Form einer Linienkraft auf das Walzenrohr 4 ausübt. Zunächst erkennt man eine strichpunktiert gezeichnete Biegelinie a, das ist die Balkenbiegelinie der Gegenwalze 2, außerdem eine - gepunktet gezeichnete - Biegelinie b, die sich aus der Überlagerung der Balkenbiegung und der Schalenbiegung der Preßwalze 3 bei kon­ stanter Linienlast ergibt. Dargestellt sind die Biegelinien nur für den mittleren Bereich des Walzenrohres 4, d.h. für den Be­ reich der Bahnbreite B. Die außerhalb der Bahnbreite B liegen­ den Teile der Biegelinien können bei den vorliegenden Betrach­ tungen unberücksichtigt bleiben, weil die Paßform der Walzen nur innerhalb der Preßzone von Interesse ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Preß­ walze 3 so zu modifizieren, daß ihre Biegelinie (über die Brei­ te der Preßzone B der Walzenpresse 1 betrachtet) keine unzuläs­ sig hohen Abweichungen von der Biegelinie der Gegenwalze 2 auf­ weist.

Dieses Ziel wird erreicht entweder dadurch, daß das Walzenrohr an jenen Stellen dünner ausgeführt wird, an denen die Biege­ linie b flacher verläuft als die Biegelinie a, oder dadurch, daß die Wanddicke dort erhöht wird, wo die Biegelinie b steiler verläuft als die Biegelinie a.

Die Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer modifi­ zierten Preßwalze 3 A, deren Walzenrohr 4 A über die Breite der Walzenpresse 1 ungleiche Wanddicke aufweist.

Das Walzenrohr 4 A hat im Bereich der Stirnseite eine Umfangsnut 10; darüberhinaus ist der Mittenbereich des Walzenrohrs 4 A bal­ lig ausgedreht. Diese Ausdrehung 11 kann bis an die Grenze der Festigkeit des Walzenrohrs 4 A gehen. Die Umfangsnut 10 liegt vorzugweise außerhalb der Preßzone B. Ihre Wirkung besteht darin, daß die von den Walzendeckeln 5 verursachte Versteifung der Enden des Walzenrohrs 4 A gemindert wird.

In Fig. 5 sind die Biegelinien a und b gemäß Fig. 3 und die Biegelinie c der modifizierten Preßwalze 3 A nach Fig. 4 (strich-dreipunktiert) dargestellt. Die letztere resultiert da­ raus, daß im Randbereich die Umfangsnut 10 und im Mittenbereich die Ausdrehung 11 vorgesehen sind. Diese Biegelinie c ergibt sich wiederum aus der Überlagerung einer Balken-Biegelinie und einer Schalenbiegelinie. Ihre Form entspricht nun jedoch weit­ gehend der Balken-Biegelinie a der Gegenwalze. Mit anderen Wor­ ten: Wenn man die beiden Maximaldurchbiegungen Y und Y 1 in der Mitte der Walzenpresse aneinander angleicht, dann stimmen die Biegelinien a und c weitgehend überein. Diese günstige Form der Biegelinie c kommt dadurch zustande, daß die Umfangsnut 10 und die Ausdrehung 11 dort angeordnet sind, wo die Biegelinie b flacher ist als die Biegelinie a.

Die Ausdrehung 11 im Mittenbereich der Preßwalze 3 A kann auch durch eine Mehrzahl unterschiedlich breiter und unterschiedlich tiefer Ringnuten realisiert werden.

Allgemein ist noch folgendes anzumerken: Wenn ein herkömmliches Walzenrohr 4 (aufgrund der obigen Ausführungen) zu dünnwandig er­ scheint, dann ist es gemäß der Erfindung nicht erforderlich, nun­ mehr ein Walzenrohr mit dickerer Wandstärke vorzusehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durchaus das dünnwandige Walzenrohr noch weiter bis zur Festigkeitsgrenze geschwächt werden. Wohl wird dann die Gesamtdurchbiegung der Preßwalze 3 A größer, aber die Form der Biegelinie paßt sich wesentlich besser als vorher an die Biegelinie der Gegenwalze 2 an.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Preßwalze 3 B. Die Beeinflussung der Biegelinie wird hierbei durch Versteifungsringe 12 unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Breite erreicht. Diese Maßnahme wird insbesondere dann angewandt, wenn an einem dünnwandigen Walzen­ rohr 4 B diejenigen Bereiche bevorzugt abgestützt werden sollen, die sich der Balken-Biegelinie gegenüber zu stark durchbiegen. Deshalb sind in Fig. 6 die Versteifungsringe 12 dort angeordnet, wo gemäß Fig. 3 die Biegelinie b steiler ist als die Biegelinie a.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Preß­ walze 3 C mit einer stirnseitigen Umfangsnut 10, einer mittigen Ausdrehung 11 und mit dazwischenliegenden Versteifungsringen 12. Damit läßt sich die aus der Balkenbiegung und aus der Schalen­ biegung des Walzenrohrs 4 C resultierende Biegelinie (vgl. Kurve c in Fig. 5) sehr genau an die aktuellen Verhältnisse in einer Wal­ zenpresse 1 anpassen. Handelt es sich bei der Preßwalze 3 C nach Fig. 7 um eine wassergekühlte, so können in den Versteifungsrin­ gen 12 über den Umfang verteilt achsparallele offene Durchbrüche 15 vorgesehen werden, durch die das Kühlwasser strömen kann.

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfingungsge­ mäßen Preßwalze 3 D. Deren Walzenrohr 4 D besteht aus drei stumpf miteinander verschweißten Rohrstücken, von denen in der Zeichnung nur die Rohrstücke 13 und 14 sichtbar sind. Die Wanddicke der äußeren Rohrstücke 13 ist größer als die Wanddicke des mittleren Rohrstückes 14. Diese Preßwalze 3 D hat den Vorzug, daß ohne Innenbearbeitung des Walzenrohrs 4 D bereits eine merkliche Beein­ flussung der Biegelinie erreichbar ist. Selbstverständlich läßt sich diese Biegelinie durch zusätzliche, oben beschriebene Maß­ nahmen weiter optimieren. Selbstverständlich kann das Walzenrohr auch aus mehr als drei Rohrstücken zusammengesetzt werden.

Claims (8)

1. Walzenpresse zur Behandlung bahnförmigen Gutes, z.B. einer Papierbahn, mit den folgenden Merkmalen:

• a) die Walzenpresse umfaßt eine Preßwalze (2) mit steuerbarer Durchbiegung und eine mit dieser einen Preßspalt bildende einfache Preßwalze (3);
• b) die einfache Preßwalze (3) umfaßt ein Walzenrohr (4), dessen Wanddicke höchstens 1/8 des Walzendurchmessers be­ trägt, und an jedem Walzenende einen Walzendeckel (5) mit einem Lagerzapfen (6);
• c) beim Betrieb der Walzenpresse wird die Biegelinie der Walze (2) mit steuerbarer Durchbiegung soweit wie möglich an die Gesamtbiegelinie der einfachen Preßwalze (3) ange­ paßt, wobei sich die Gesamtbiegelinie aus der Balkenbiege­ linie und der Schalenbiegelinie ergibt;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• d) die Wanddicke des Walzenrohres (4) der einfachen Preßwalze (3) ist über die Walzenlänge ungleichmäßig;
• e) so daß die Biegelinie des Walzenrohres (4) derart geändert ist, daß im Betrieb die Biegelinien der beiden Walzen (2, 3) noch weiter aneinander angepaßt sind.

2. Walzenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Walzenrohres (4 A, 4 C) im an die Walzendeckel (5) anschließenden Bereich Umfangsnuten (10) aufweist (Fig. 4, 7).

3. Walzenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenrohr (4 A, 4 C) im Mittenbereich ausgedreht ist (Ausdrehung 11) (Fig. 4, 7).

4. Walzenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Innenseite des Walzenrohres (4 B, 4 C) in den Randbereichen Versteifungsringe (12) vorgesehen sind (Fig. 6, 7).

5. Walzenpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsringe (12) unterschiedliche Durchmesser und/oder Dicke aufweisen.

6. Walzenpresse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsringe (12) im radial äußeren Bereich achsparallele Durchbrüche (15) aufweisen (Fig. 7).

7. Walzenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenrohr (4 D) aus mehreren Rohrstücken (13, 14) zusammenge­ setzt ist, wobei der Innendurchmesser des Walzenrohres vom Rand zur Mitte hin von Rohrstück zu Rohrstück größer wird (Fig. 8).