EP0351507B1

EP0351507B1 - Device for adjusting the interstice between rollers

Info

Publication number: EP0351507B1
Application number: EP89108175A
Authority: EP
Inventors: Günther Alich
Original assignee: Individual
Current assignee: ALICH, GUENTHER
Priority date: 1988-07-16
Filing date: 1989-05-05
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-05-05
Also published as: EP0351507A2; CH672082A5; EP0351507A3; DE58907933D1; US5022318A

Description

Die Erfindung betrifft ein Walzengerüst mit mindestens zwei miteinander korrespondierenden, relativ zueinander in beidseitigen Lageranordnungen beweglich geführten Walzen, wobei eine Walze, zwecks Einstellung des sich ergebenden Walzenspaltes, gegenüber der anderen mittels einem Stellmechanismus verschiebbar ist.The invention relates to a roll stand with at least two corresponding rollers that are movably guided relative to one another in bilateral bearing arrangements, one roller being displaceable relative to the other by means of an adjusting mechanism for the purpose of adjusting the resulting roller gap.

Verfahren zur Lösung jener Aufgabe - wie sie sich beispielsweise beim Betrieb einer Folien-Beschichtungsmaschine zur Verarbeitung nicht-reaktiver Stoffe, wie Lakke u. dgl stellt - sind aus der EP-A2-0242783 bekannt. Eine nach Massgabe jener Vorschläge ausgebildete autonome Walzenspalt-Einstellvorrichtung eliminiert den bei konventionellen Maschinen die Walzenspaltgenauigkeit beeinträchtigenden Radialschlag der Laststützlager-Innenringe. Infolge einer gewissen Hebelwirkung der im Kraft- und Formschluss-Verbund auf die Walzenzapfen wirkenden Stell- und Stützelemente kann dabei u.U. ein Walzenbiegemoment erzeugt werden, das die Walzenspalt-Parallelität nachteilig beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung zur Walzenspalteinstellung eines Walzenpaares mit Hilfe von Stell- und Stützelementen ist es, Walzenbiegemomente zu vermeiden.
Das Prinzip der Erfindung wird anhand von Zeichnungen schematisch und detailliert beschrieben, wobei sich die Darstellungen und Erläuterungen (mit Ausnahme von Fig. 3) jeweils auf eines der beidseitig nahezu identisch ausgeführten Walzenenden beschränkt. Es stellen dar

Fig. 1: ein konventionelles Verfahren zur Dosierwalzenspalt-Einstellung eines Auftragswerkes;
Fig. 2: einen kraft- und formschlüssigen Walzenverbund mit Hilfe autonom gelagerter Stell- und Stützelemente gem. EP-A2-242783;
Fig. 3: ein Schema der Walzenachsen-Biegelinien bei einer Geräteanordnung gemäss Fig. 2;
Fig. 4: eine Anordnung und das Prinzip einer biegemomentfreien Walzen-Stell/Stützeinheit;
Fig. 4a: eine Schnitt-Seitenansicht j-j der Anordnung gem. Fig. 4 mit Darstellung der gemeinsamen Symmetrie- und Stell/Stützachsen y-y und s-s;
Fig. 4b: eine für grosse Stellwege (Walzenspalte) mit äusserem Stellkraftangriff ausgebildete Anordnung der Stellelemente;
Fig. 5: ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer Kompakt-Stell/Stützeinheit;
Fig. 6: eine Variante eines Stützelement-Details mit einer Kraftmessdose;
Fig. 7: eine schematische Darstellung eines Walzenspalt-Regelkreises mit Hilfe von drei alternativen Istwertgebern.

Process for solving that task - as is the case, for example, when operating a film coating machine for processing non-reactive substances, such as Lakke u. The like represents - are known from EP-A2-0242783. An autonomous roll gap setting device designed in accordance with those suggestions eliminates the radial runout of the load support bearing inner rings which affects the roll gap accuracy in conventional machines. As a result of a certain leverage effect of the actuating and supporting elements acting in a force-locking and positive-locking connection on the roller journals, a roller bending moment can possibly be generated which adversely affects the roller gap parallelism.
The object of the present invention for setting the nip of a pair of rolls with the aid of adjusting and supporting elements is to avoid roll bending moments.
The principle of the invention is described schematically and in detail with reference to drawings, the illustrations and explanations (with the exception of FIG. 3) each limited to one of the roller ends that are almost identical on both sides. It represent

Fig. 1: a conventional method for setting the metering roll gap of an application unit;
Fig. 2: a non-positive and form-fitting roller assembly with the help of autonomously mounted adjusting and support elements acc. EP-A2-242783;
Fig. 3: a diagram of the roll axis bending lines in a device arrangement according to FIG. 2;
Fig. 4: an arrangement and the principle of a bending torque-free actuator / support unit;
Fig. 4a: a sectional side view jj the arrangement acc. 4 shows the common symmetry and positioning / support axes yy and ss;
Fig. 4b: an arrangement of the actuating elements designed for long actuating paths (nips) with an external actuating force attack;
Fig. 5: a detailed embodiment of a compact actuator / support unit;
Fig. 6: a variant of a support element detail with a load cell;
Fig. 7: is a schematic representation of a roll gap control circuit with the help of three alternative actual value transmitters.

In einem gemäss Fig. 1 mit einer Dosierwalze 101, einer Auftragswalze 102 sowie einer Schichtübertragungswalze 103 ausgestatteten Auftragswerk einer Folienbeschichtungsanlage wird der Beschichtungsstoff aus einer sich über die Ballen- bzw Beschichtungsbreite der Anlage erstreckenden Speisewanne 105 an den Dosierwalzenspalt herangetragen und über das Walzensystem kontinuierlich zur Folie 106 transportiert. Der für die Schichtdicke massgebende Walzenspalt oberhalb der Speisewanne 105 wird dabei mit Hilfe der am Ständerrahmen 107 mit dem Stehlager 107′ fixierten Auftragswalze 102 und der auf einem Last-Stützlager 108 am Ständer 107 frei beweglich geführten Dosierwalze 101 gebildet. Die Grösse des Walzenspaltes bzw. die Dicke des zur Folie transportierten mehr oder minder konsistenten Stoffes lässt sich mit Hilfe einer am Lagerschlitten 109 angelenkten Schraubenspindel 110 und einer am Ständer 107 montierten, aus Mutter 111 und Gabelbock 112 bestehenden Stellvorrichtung justieren.
Wie die Anordnung nach Fig. 1 unschwer erkennen lässt, wirken sich u.a. die Innenring-Toleranzen der Radiallager 108, 107′, selbst bei solchen in spielfrei verspannter Ausführung, voll auf die Walzenspaltgenauigkeit aus. Demgegenüber ist gemäss Fig. 2 der durch das Walzenpaar 101, 102 gebildete Walzenspalt und der durch den mit den Walzenachsen 101′, 102′ definierte Walzenachsenabstand dank den kraft- und formschlüssigen, gegenseitig verspannten Verbindungselementen einer Stell- und Stützeinrichtung 113, 114, 115, 116 von Störungen unbeeinflusst, die z.B. durch Ungenauigkeiten der Walzenstützlager 107′, 108 in Fig. 1 und/oder durch von den Spindelkupplungen auf die Walzenzapfen ausgeübte Auslenkungen verursacht werden. Während dabei in der Stellebene z-z des Walzenpaares die aus dem Kolbenstangenlager 115 und dem Zylinderblocklager 116 bestehende Walzenstelleinheit den Walzenspalt betriebsmässig gegen null führt, wirkt ihr die Stützeinheit, bestehend aus dem Stützlagerpaar 113, 113′ mit Druckschrauben (Federelementen) und Einstellgetriebegehäuse 114, in der Stützebene x-x entgegen.
Zufolge der in den Ebenen x-x und z-z an den Walzen 101, 102 angreifenden Stütz- und Stellkräfte werden die Walzenzapfen in gewissem Ausmass auf Biegung beansprucht, was im allgemeinen unerwünscht ist.
In Fig. 3 sind jene, durch die Anordnung der Stell- und Stützelemente gemäss Fig. 2 generierten Biegelinien der Walzenachsen 101′, 102′ überspitzt dargestellt. Es leuchtet ein, dass das Mass für solche unvermeidbaren Walzendurchbiegungen von dem Abstand zwischen x-x und z-z sowie von den Grössen für Stellkraft und Zapfen-Widerstandsmoment abhängt.
Fig. 4 zeigt eine neuartige Placierung der vorerwähnten Stell/Stützeinheiten, die durch eine in einer gemeinsamen radialen Ebene y-y der Walzenzapfen liegenden Anordnung in der Art einer sich wechselseitig durchdringenden Konstruktion der Stell- und Stützelemente gekennzeichnet ist. Die Walzenzapfen 121, 122 der Dosier- und Auftragswalze 101, 102 werden auch hierbei in bekannter Weise mit Hilfe einer Stell- und Stützeinheit gefasst und autonom geführt. Konstruktiv besteht die Stelleinheit im wesentlichen aus der Lagerhalbschale 131, 132 mit vier von ihr gehaltenen und geführten Ankerschrauben 133 und dem damit verbundenen Stellzylinderblock 134 nebst dem Stellkolben 135 und der Kolbenplatte 136 sowie den an ihr gleichartig angeschraubten identischen Ankerschrauben 133′ der Gegenseite, die ebenfalls mit Hilfe einer identischen Lagerhalbschale 131′ den Stellkraftkreis über den jenseitigen Walzenzapfen 122 der Auftragswalze 102 schliesst. Der dergestalt konzipierten Stelleinheit wirkt die zwischen den Walzenzapfen 121, 122 eingebaute Stützeinheit entgegen, die im wesentlichen aus dem anderen, auf der "inneren" Gegenseite der Zapfen 121, 122 angeordneten spielfreien Lagerhälftenpaar 141, 141′ und den Druckfederstäben 143 besteht.
Ein Schnittbild j-j Fig. 4a der Stell/Stützelemente gemäss Fig. 4 macht deutlich, dass die Stell- und Stützelemente der Konstruktion derart ineinander gekammert und zwangsgeführt sind, dass ihre mittig zentrierten Stell- bzw. Stützkräfte stets in der gleichen radialen Ebene y-y der Walzenzapfen 121, 122 angreifen. Demzufolge ist das Stell/Stützsystem nach Fig. 4/4a sowohl radial, als auch axial als vollständig autonom anzusprechen; "äussere" (auf den Ständer) oder "längs" 11 (auf die Walzenachsen) wirkende Kräfte oder Momente werden hierbei nicht erzeugt.
Eine Variante der in Fig. 4/4a dargestellten und erläuterten Anordnung des aus Stell- und Stützeinheiten bestehenden Walzenverbundsystems zeigt Fig. 4b. In funktionell gleicher Weise wie zuvor werden auch in dieser Geräteanordnung die Walzenzapfen 121, 122 mit Hilfe der Druckfedern 143 in Verbindung mit dem Lagerhalbschalenpaar 141, 141′ auseinander gegen die Stelleinheit 131, 131′, 133, 134, 135, 136 gedrückt und, wie im Fall von Fig. 4/4a mit Hilfe einer Regelpumpe 138 als Druckwaage wirkend, der Walzenspalt eingestellt.
Wie das Konzept gemäss Fig. 4b erkennen lässt, ermöglicht eine solche ausserhalb des (inneren) Walzenzapfenbereiches angeordnete Stelleinheit 133, 134, 135, 136 eine allenfalls sehr grosse Walzenspalteinstellung, die in bestimmten Fällen nicht zuletzt im Hinblick auf einen unerlässlichen SPALT-NOT-AUF-Betrieb der Maschine von Bedeutung sein kann.In an application unit of a film coating system equipped with a metering roller 101, an application roller 102 and a layer transfer roller 103 according to FIG. 1 the coating material is brought to the metering roller gap from a feed trough 105 which extends over the bale or coating width of the installation and is continuously transported to the film 106 via the roller system. The decisive for the layer thickness roll gap above the feed pan 105 is formed with the help of the on the stand frame 107 with the pillow block 107 'fixed application roller 102 and on a load support bearing 108 on the stand 107 guided dosing roller 101. The size of the nip or the thickness of the more or less consistent material transported to the film can be adjusted with the aid of a screw spindle 110 articulated on the bearing slide 109 and an adjusting device which is mounted on the stand 107 and consists of nut 111 and fork bracket 112.
As can easily be seen from the arrangement according to FIG. 1, the inner ring tolerances of the radial bearings 108, 107 'have a full effect on the nip accuracy, even in the case of a version free of play. In contrast, according to FIG. 2, the roller gap formed by the roller pair 101, 102 and the roller axis spacing defined by the roller axes 101 ′, 102 ′ is thanks to the non-positive and form-locking, mutually braced connecting elements of an adjusting and supporting device 113, 114, 115, 116 unaffected by disturbances which are caused, for example, by inaccuracies in the roller support bearings 107 ', 108 in FIG. 1 and / or by deflections exerted by the spindle couplings on the roller journals. While in the position plane zz of the pair of rollers, the roller actuating unit consisting of the piston rod bearing 115 and the cylinder block bearing 116 guides the roller gap to zero in terms of operation, the support unit consisting of the pair of support bearings 113, 113 'acts with pressure screws (spring elements) and adjusting gear housing 114 in the Support plane xx opposite.
As a result of the supporting and actuating forces acting on the rollers 101, 102 in the levels xx and zz, the roller journals become claimed to a certain extent on bending, which is generally undesirable.
3, those bending lines of the roller axes 101 ', 102' generated by the arrangement of the adjusting and supporting elements according to FIG. 2 are shown exaggerated. It is obvious that the measure of such unavoidable roll deflections depends on the distance between xx and zz and on the sizes for actuating force and pin resistance moment.
Fig. 4 shows a novel placement of the aforementioned actuating / support units, which is characterized by an arrangement lying in a common radial plane yy of the roll neck in the manner of a mutually interpenetrating construction of the actuating and supporting elements. The roller journals 121, 122 of the metering and application roller 101, 102 are also gripped here in a known manner with the aid of an actuating and supporting unit and guided autonomously. Structurally, the actuating unit consists essentially of the bearing half-shell 131, 132 with four anchor bolts 133 held and guided by it and the actuating cylinder block 134 connected to it, together with the actuating piston 135 and the piston plate 136 and the identical anchor bolts 133 'screwed to it in the same way on the opposite side, which also with the help of an identical bearing half-shell 131 'closes the force circuit via the roller pin 122 on the other side of the application roller 102. The actuating unit designed in this way counteracts the support unit installed between the roller journals 121, 122, which essentially consists of the other pair of play-free bearing halves 141, 141 'arranged on the "inner" opposite side of the journals 121, 122 and the compression spring bars 143.
A sectional view jj Fig. 4a of the adjusting / supporting elements according to FIG. 4 makes it clear that the adjusting and supporting elements of the construction are interlocked and positively guided in such a way that their centrally centered adjusting or supporting forces are always in the same radial plane yy of the roll neck 121, 122 attack. Accordingly, the positioning / support system 4 / 4a to address both radially and axially as completely autonomous; "Outer" (on the stand) or "longitudinal" 11 (on the roller axes) forces or moments are not generated.
A variant of the arrangement shown and explained in FIG. 4 / 4a of the roller composite system consisting of actuating and support units is shown in FIG. 4b. In a functionally the same way as before, the roller journals 121, 122 are pressed apart with the aid of the compression springs 143 in connection with the pair of bearing half-shells 141, 141 'against the actuating unit 131, 131', 133, 134, 135, 136 and how in the case of Fig. 4 / 4a with the help of a control pump 138 acting as a pressure compensator, the roll gap is set.
As can be seen from the concept according to FIG. 4b, such an actuating unit 133, 134, 135, 136 arranged outside the (inner) roll neck area enables a very large roll gap setting which, in certain cases, not least in view of an indispensable SPILL EMERGENCY OPENING -Operation of the machine can be important.

In Fig. 5/5a ist ein Ausführungsbeispiel einer kompakten biegemomentfreien Stell/Stützeinheit mit integrierter Wegmesseinrichtung für eine Walzenzapfenabstandsmessung sowie (alternativ) eine Druckmessdose für eine Stellkraftmessung dargestellt.
Gegenüber den in der Prinzipdarstellung (Fig. 4/4a) verwendeten vier Druckfederstäben 143 wird hier ein Stützsystem als statisch bestimmtes 'Dreibein' dergestalt ausgebildet und angeordnet, dass die einzelnen Druckfederstäbe 143, 143′, 143˝ die gleichen spezifischen Stützmomente [=Stützabstand vom Zentrum x Federsteife] aufweisen. Ferner ist der Stellkolben 135 des Stellzylinderblocks 134 hohl ausgebildet und übernimmt derart zwei Aufgaben, nämlich jene eigentliche als Stellglied sowie eine zweite zur Führung einer Wegmesseinrichtung 161, 162, 163, 164, 165. Ein im Kolben 135 frei und von dessen Stellrichtung unabhängig mit Hilfe von einem Längslager 139 in einem Stösselgehäuse 162 eingebetteter und geführter Wegtaster 161 stützt sich mittels einer Druckfeder 163 und Anschlägen 164, 165 an den an den Walzenzapfen spielfrei gelagerten Stützlager-Halbschalen 151, 151′ ab.
Dank einer solchen Messanordnung kann der Walzenabstand bzw. (bei zentrisch geschliffenem Walzenballen) der ihm proportionale Walzenspalt in zuverlässiger Weise gemessen oder mit Hilfe einer Regeleinrichtung - bestehend aus Soll/Istwert-Vergleicher 167, 168 und Servoventil 130 - geregelt werden; siehe Fig. 7. Für weniger hohe Ansprüche an die Schichtdickengenauigkeit lässt sich - wie in Fig. 4 angedeutet - eine ventilfreie, mit Hilfe einer Regelpumpe 138 praktizierte Stellkraftregelung anwenden.
Eine präzisere Stellkraftregelung wird sich indes eines geeigneten Servoventils 130, einer Druckmesseinrichtung 166 und eines Vergleichers 167, 168 bedienen, wie in den Fig.5 und 7 angedeutet ist.
Eine im übrigen meistens erforderliche mechanisch/elektrische (Null-) Kalibrierung des Walzenspaltes mit Hilfe der distanzbestimmenden Stützeinheit - deren Kennlinie (im Hooke'schen Bereich) im wesentlichen durch die Steifigkeit der Druckfederstäbe 143, 143′, 143˝ vorgegeben ist - lässt sich in einfacher Weise gemäss Anordnung nach Fig. 5 mit Hilfe einer feingängigen Justiereinrichtung 145 bewerkstelligen. Für eine betriebsmässige Walzenspaltregulierung sind in Fig.6 und 7 weitere Mess- und Regelelemente skizziert bzw.schematisch dargestellt. Während in Fig.7 dem Vergleicher 167 ein Sollwertgeber 168 zugeordnet ist, stehen als Istwertgeber drei alternative Aufnehmer zur Verfügung, nämlich je einer für eine Walzenabstandsmessung 161 und Stelldruckmessung 166 sowie als weitere Variante eine Stellkraftmessung mit Hilfe einer Kraftmessdose 147.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, stützen sich, im Fall einer Stellkraftregelung, die Druckfederstäbe 143 mittelbar mit Hilfe einer Zwischenplatte 146 über die Kraftmessdose 147 an der Stützlager-Halbschale 141′ ab.In Fig. 5 / 5a an embodiment of a compact bending moment-free actuator / support unit with an integrated path measuring device for a roll neck distance measurement and (alternatively) a pressure cell for a positioning force measurement is shown.
Compared to the four compression spring bars 143 used in the schematic diagram (Fig. 4 / 4a), a support system is designed and arranged as a statically determined 'tripod' in such a way that the individual compression spring bars 143, 143 ', 143˝ have the same specific support moments [= support distance from Center x spring stiffness]. Furthermore, the actuating piston 135 of the actuating cylinder block 134 is hollow and takes on two tasks, namely the actual one as an actuator and a second one for guiding a displacement measuring device 161, 162, 163, 164, 165. One in the piston 135 is free and independent of its actuating direction with the help of a longitudinal bearing 139 in a tappet housing 162 embedded and guided displacement sensor 161 is supported by means of a compression spring 163 and stops 164, 165 on the support bearing half-shells 151, 151 'which are supported on the roller journals without play.
Thanks to such a measuring arrangement, the roll spacing or (in the case of a centrically ground roll roll) the roll gap which is proportional to it can be measured in a reliable manner or controlled with the aid of a control device comprising a setpoint / actual value comparator 167, 168 and a servo valve 130; see Fig. 7. For less stringent demands on the layer thickness accuracy - as indicated in Fig. 4 - a valve-free actuating force control practiced with the aid of a regulating pump 138 can be used.
A more precise actuating force control will, however, use a suitable servo valve 130, a pressure measuring device 166 and a comparator 167, 168, as indicated in FIGS. 5 and 7.
An otherwise usually required mechanical / electrical (zero) calibration of the nip with the help of the distance-determining support unit - whose characteristic (in Hooke's area) is essentially determined by the rigidity of the compression spring bars 143, 143 ', 143' - can be in 5 in a simple manner according to the arrangement according to FIG. 5 with the aid of a fine adjustment device 145. For operational roll gap regulation, further measuring and control elements are sketched or schematically shown in FIGS. 6 and 7. While a comparator 167 is assigned to the comparator 167 in FIG. 7, three alternative sensors are available as actual value transmitters, namely one each for a roller distance measurement 161 and signal pressure measurement 166 and, as a further variant, an actuating force measurement with the aid of a load cell 147.
As can be seen from Fig. 6, in the case of actuating force regulation, the compression spring bars 143 are supported indirectly by means of an intermediate plate 146 via the load cell 147 on the support bearing half-shell 141 '.

Claims

Roll gap adjusting device of a roll stand with roll adjusting and supporting elements on every roll side running on roll journal (121, 122) and acting towards each other, characterised in that the adjusting elements (133, 134, 135, 136, 133') located between external adjusting bearing half-shells (131, 131'), relative to the roll gap, and the supporting elements (143) located between internal support bearing half-shells (141, 141') are supported and guided on every roll side in such a way that the adjusting and supporting forces act in the same plane (y-y) rectangular to the axles of the rolls (101, 102).
Roll gap adjusting device, according to claim 1, characterised in that, relative to the centrical adjusting axle (s-s), three supporting elements (143, 143', 143'') have the same specific support moments [= support distance x spring stiffness].
Roll gap adjusting device, according to claims 1 or 2, characterised in that the force/travel characteristic of at least one of the spring-mounted supporting elements (143) is adjustable by means of an adjusting device (145).
Roll gap adjusting device, according to claims 1, 2 or 3, characterised in that the supporting elements (143, 143', 143'') are held and guided by means of longitudinal guide mechanisms (144) in the adjusting element (134).
Roll gap adjusting device, according to claim 1, characterised in that the adjusting force of one adjusting cylinder (134, 135) is produced by means of a pump (138) with adjustable delivery pressure.
Roll gap adjusting device, according to one of the preceding claims 1 to 5, characterised in that a tubular adjusting piston (135) and a thrust bearing (139) are used to support on the support bearing half-shells (151, 151') by means of stops (164, 165) an axial, freely movable position transducer consisting of tappet housing (162), pressure spring (163), and position sensor (161).
Roll gap adjusting device, according to one of the preceding claims 1 to 5, characterised in that the adjusting pressure of an adjusting cylinder (134, 135) is measured by means of a pressure sensor (166), and is controlled by means of a control system (167, 168, 130).
Roll gap adjusting device, according to one of the preceding claims 1 to 5, characterised in that the supporting force of the supporting elements (143) is measured by means of a load cell located between a supporting plate (146) and a support bearing half-shell (141'), and is adjusted by assistance of a control system (167, 168) and a control valve (130).