CH694864A5 - Walze mit Durchbiegungsausgleich. - Google Patents

Description

  



   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze gemäss dem Oberbegriff  des Patentanspruchs 1. Eine solche Walze ist aus der WO 95/33 932  bekannt. 



   Walzen der vorgenannten Art kommen beispielsweise in Walzenmühlen  zum Einsatz. Sie dienen insbesondere zum Mahlen oder auch zum Desagglomerieren  unterschiedlicher Materialien, um für nachfolgende Prozessschritte  definierte Ausgangsbedingungen zu schaffen. Die Walzen können entweder  mit einem definierten Abstand zu beispielsweise einer anderen Walze  angeordnet sein, so dass ein definierter Mahl- bzw. Walzenspalt entsteht,  oder sie können spaltfrei gegeneinander gepresst sein. 



   Seit langem ist bekannt, dass es im Betrieb solcher Walzen zu einer  gewissen Walzendurchbiegung kommt, d.h. der Walzenspalt ist im Betrieb  über die Länge der Walze nicht konstant. Typischerweise ist die Durchbiegung  in der Mitte einer Walze am grössten. Diese Walzendurchbiegung ist  unerwünscht, denn sie führt zu einer Abweichung von den vorgegebenen  Betriebsparametern und damit zu einer grösseren Schwankungsbreite  der Eigenschaften des mit einer Walze behandelten Materials. 



   Zur Beseitigung dieses Problems sind viele Lösungen vorgeschlagen  worden. Beispielsweise können sogenannte bombierte Walzen verwendet  werden. Die Form dieser Walzen ist so berechnet, dass sie unter den  gewünschten Betriebsbedingungen einen über die gesamte Länge der  Walze konstanten Mahlspalt aufweisen. Nachteilig ist, dass eine bombierte  Walze nur auf bestimmte Betriebsbedingungen hin optimiert sein kann,  so dass bei anderen Betriebsbedingungen nach wie vor eine Walzendurchbiegung  bzw. ein ungleichmässiger Mahlspalt auftritt. 



     Auch bekannt sind sogenannte durchbiegungssteuerbare Walzen. Bei  diesen wird mittels aufwendiger konstruktiver und steuerungstechnischer  Anordnungen die im jeweiligen Betriebszustand auftretende Walzendurchbiegung  ausgeglichen, indem beispielsweise mittels Hydraulikdrucks Stützelemente  gegen den Innenumfang einer Hohlwalze gedrückt werden. Hingewiesen  sei in diesem Zusammenhang beispielshalber auf die EP-A-0 451 470,  die EP-A- 0 482 318 und die EP-A-0 021 297. 



   Des Weiteren ist es bekannt, die Walzen mittels eines Wärmeträgermediums  zu kühlen oder zu heizen. Die DE 4 205 167 A1 beschreibt eine als  Wärmetauscher dienende Walze mit einem Biegelinienkompensator. Aus  der eingangs bereits genannten WO 95/33 932 ist bekannt, zwischen  einem Walzenkern und einem Walzenmantel ringförmige Federelemente  anzuordnen. Gemäss einer Alternative können die Federelemente auch  die Form von Längsrippen haben. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze mit einem nicht  gesteuerten, passiven Durchbiegungsausgleich anzugeben, deren Gebrauchseigenschaften  verbessert sind. 



   Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist diese  Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Federelemente,  die zwischen dem Walzenmantel und dem Walzenkern angeordnet sind,  die Gestalt von auf dem Walzenkern befestigten, wendelförmigen Federstegen  haben, die unter einem Winkel von wenigstens 10 Grad zur Walzenlängsachse  verlaufen. Anders als Längsrippen führen die wendelförmigen Federstege  zu einer erheblich gleichmässigeren Abstützung des Walzenmantels,  denn es ist über die Länge der Walze unabhängig von deren Drehstellung  immer eine im Wesentlichen gleiche Anzahl von Abstützstellen vorhanden.

    Bei einer Längsrippe hingegen findet entweder eine Abstützung auf  der gesamten Länge der Walze statt, nämlich dann, wenn die Längsrippe  sich unterhalb der Berührungslinie der Walze befindet, oder es findet  gar keine direkte Abstützung statt, dann nämlich, wenn die Berührungslinie  der Walze sich zwischen zwei benachbarten Längsrippen befindet. Die  wendelför   migen Federstege bieten trotz der gleichmässigen Abstützung  des Walzenmantels, die in etwa mit der Abstützung vergleichbar ist,  wie sie mit den aus der WO 95/33 932 bekannten ringförmigen Federelementen  erzielt wird, beste Voraussetzungen für die Durchströmung eines Wärmeträgerfluides,  denn zwischen je zwei benachbarten wendelförmigen Federstegen ergeben  sich Kanäle, durch die ein Wärmeträgerfluid ohne Strömungsumlenkung  geführt werden kann.

   Hinzu kommt, dass die wendelförmigen Federstege  im Betrieb, d.h. bei einer Drehung der Walze, eine Pumpwirkung auf  das Wärmeträgerfluid ausüben, so dass abhängig vom Einsatzzweck auf  eine separate Pumpe zur Umwälzung des Wärmeträgerfluids verzichtet  werden kann. Insgesamt wird durch die wendelförmigen Federstege eine  über die Länge der Walze gleichmässigere Kühlung bzw. Erwärmung erreicht,  was nicht nur der Lebensdauer des Walzenmantels zugute kommt, sondern  auch die Qualität des behandelten Produktes fördert. 



   In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Walze ist  an jedem Ende des Walzenkerns ein federstegfreier Abschnitt vorhanden.  Diese federstegfreien Endabschnitte haben auf die Gleichmässigkeit  der Abstützung des Walzenmantels keinen spürbaren Einfluss, ermöglichen  jedoch auf vorteilhafte Weise die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgerfluides.  So bildet gemäss einer Ausführungsform der eine federstegfreie Endabschnitt  des Walzenkerns zusammen mit dem Walzenmantel einen Verteilerraum  für das Wärmeträgerfluid, d.h. das Wärmeträgerfluid wird in diesen  Verteilerraum eingespeist und verteilt sich von dort auf die Kanäle  zwischen den Federstegen, während der federstegfreie Abschnitt am  anderen Ende des Walzenkerns zusammen mit dem Walzenmantel einen  Expansionsraum für das Wärmeträgerfluid bildet, aus dem Letzteres  abgeführt wird.

   Dieser Expansionsraum sorgt für eine Strömungsberuhigung  und verhindert eine Pulsation des Wärmeträgerfluids. 



   Gemäss einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung ist der Walzenkern  der erfindungsgemässen Walze mit einem inneren, zumindest an einem  Walzenende offenen Hohlraum versehen, der durch erste Verbindungskanäle  mit dem zuvor genannten Vertei   lerraum und durch zweite Verbindungskanäle  mit dem Expansionsraum für das Wärmeträgerfluid verbunden ist. Das  Wärmeträgerfluid kann bei dieser Ausführungsform durch die Achse  der Walze dem genannten Hohlraum zugeführt werden, strömt dann durch  die ersten Verbindungskanäle in den Verteilerraum, von dort durch  die Kanäle zwischen den wendelförmigen Federstegen zum Expansionsraum  und dann durch die zweiten Verbindungskanäle wieder zurück in den  inneren Hohlraum des Walzenkerns, aus dem das Wärmeträgerfluid dann  abgeführt wird.

   Der Zu- und Abfluss des Wärmeträgerfluides in den  Hohlraum ist dabei voneinander zu trennen, jedoch lässt sich dies  einfach erreichen, beispielsweise mittels zweier konzentrisch zueinander  angeordneter Leitungen. 



   Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Walze  ist der Walzenmantel kraftschlüssig mit den wendelförmigen Federstegen  verbunden. Das bedeutet, dass die von den Federstegen auf den Mantel  ausgeübten Kräfte dazu ausreichen, eine Drehbewegung des Walzenkerns  auf den Walzenmantel zu übertragen. Ebenso sind vorzugsweise die  wendelförmigen Federstege kraftschlüssig mit dem Walzenkern verbunden.  Beispielsweise können die wendelförmigen Federstege Teil einer Hülse  sein, die an dem Kern befestigt ist. Diese Hülse kann z.B. auf den  Walzenkern aufgeschrumpft oder aufgegossen sein, alternativ kann  sie aber auch mit anderen Mitteln am Walzenkern befestigt werden.  Vorzugsweise sind bei einer Ausführungsform mit einer Hülse die Federstege  einstückig mit dieser Hülse ausgebildet.

   Wird als Material für die  Federstege ein Kunststoff verwendet, lässt sich ein solches hülsenförmiges  Teil mit den daran ausgebildeten wendelförmigen Federstegen kostengünstig  durch Giessen fertigen. 



   Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Walze ist  jeder Federsteg formschlüssig mit dem Walzenkern verbunden, insbesondere  mittels einer zugehörigen, im Walzenkern ausgebildeten Schwalbenschwanznut.                                                    



     Die Neigung der wendelförmigen Federstege zur Walzenlängsachse,  die wenigstens etwa 10 Grad betragen soll, liegt vorzugsweise in  einem Bereich von 10 bis 30 Grad. In diesem Bereich besteht ein ausgewogenes  Verhältnis zwischen gleichmässiger Abstützung des Walzenmantels durch  die Federstege und guter Pumpwirkung. 



   Obwohl die wendelförmigen Federstege erfindungsgemäss aus jedem federnd  elastischen Material bestehen können, bestehen sie vorzugsweise aus  Polyurethan mit einer Härte im Bereich von 80 bis 90 Shore. 



   Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Walze werden im  Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert.  Es zeigt:      Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen  Walze, wobei der Walzenkern ungeschnitten und der Walzenmantel im  Längsschnitt wiedergegeben sind,     Fig. 2 die Ansicht gemäss  Fig. 1 im Längsschnitt, und     Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer  Walze gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel im Querschnitt.                                                               



   Die Fig. 1 und 2 zeigen eine hier als Glattwalze ausgebildete Walze  10 zum Vermählen oder Desagglomerieiren. Die Walze 10 umfasst einen  steifen, hohlzylindrischen Kern 12, der mittels zweier an ihm befestigter  Flansche 14 drehbar gelagert werden kann (nicht dargestellt). 



   Auf dem Kern 12 ist eine Hülse 16 aus Polyur-ethan mit einer Härte  von 80 bis 90 Shore durch Aufgiessen befestigt. Alternativ kann die  Hülse 16 auch auf den Kern 12 aufgeschrumpt oder mit dem Kern 12  verklebt sein. Mit der Hülse 16 einstückig ausgebildet, d.h. aus  demselben Material wie die Hülse bestehend, ist eine Reihe von auf  der Hülse 16 wendelförmig verlaufender Federstege 18. Die Federstege  18 stehen radial von der Hülse 16    hervor und sind in Umfangsrichtung  gleichmässig voneinander beabstandet. 



   Ein rohrförmiger Mantel 20 aus verschleissfestem Material stützt  sich über diese Federstege 18 auf dem Kern 12 der Walze 10 ab. Der  Mantel 20 drückt die Federstege 18 radial etwas zusammen, derart,  dass die von den Federstegen 18 auf die Innenseite des Mantels 20  übertragenen Druckkräfte dazu ausreichen, den Mantel 20 mittels der  Federstege 18 kraftschlüssig mit dem Kern 12 zu verbinden. Somit  kommt es im Betrieb der Walze 10 zwischen dem Mantel 20 und den Federstegen  18 zu keiner Relativdrehbewegung. 



   Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft jeder Federsteg 18  unter einem Winkel  alpha  von 30 Grad zur Längsachse A der Walze  10. Je zwei benachbarte Federstege 18 begrenzen zwischen sich einen  ebenfalls wendelförmigen Kanal 22 für Wärmeträgerfluid. Wie insbesondere  aus Fig. 1 ersichtlich, reichen die Federstege 18 nicht ganz bis  zum Ende des Kerns 12, sondern es bleibt an jedem Ende des Kerns  12 ein Endabschnitt 24 federstegfrei. Zusammen mit dem Mantel 20  begrenzt der in den Fig. 1 und 2 linke federstegfreie Endabschnitt  24 einen Verteilerraum 26 für Wärmeträgerfluid, während der in den  Fig. 1 und 2 rechte federstegfreie Endabschnitt 24 zusammen mit dem  Mantel 20 einen Expansionsraum 28 für das Wärmeträgerfluid definiert.                                                          



   Das Wärmeträgerfluid, das je nach Anwendungszweck zur Kühlung oder  zur Beheizung der Walze 10 dienen kann, wird über eine koaxial zur  Walzenlängsachse A angeordnete Einlassleitung 30 in einen inneren  Hohlraum 32 des Kerns 12 geführt. Im Betrieb sollte dieser Hohlraum  32 zur Vermeidung von unwuchten vollständig mit dem Wärmeträgerfluid  gefüllt sein. Von dem Hohlraum 32 aus gelangt das Wärmeträgerfluid  durch erste Verbindungskanäle 34 in den Verteilerraum 26, von wo  aus es durch die Vielzahl der Kanäle 22 strömt, die zwischen den  Federstegen 18 begrenzt sind. Im Betrieb der Walze 10, d.h. bei einer  Drehbewegung derselben in Richtung des Pfeils B, pumpen die wendelförmigen  Federstege 18 das Wärmeträgerfluid vom Verteilerraum 26 zum Expansionsraum  28, wodurch der Mantel 20 gekühlt bzw.    beheizt wird.

   Im Expansionsraum  28 beruhigt sich die Wärmeträgerfluidströmung und das Wärmeträgerfluid  kann ohne Pulsation durch zweite Verbindungskanäle 36 aus dem Expansionsraum  28 zurück in den Hohlraum 32 fliessen. Von dort wird es durch eine  konzentrisch zur Einlassleitung 30 angeordnete Auslassleitung 38  abgeführt. Eine Trennwand 40 verhindert, dass das durch die Einlassleitung  30 einströmende Wärmeträgerfluid sich mit dem Wärmeträgerfluid vermischt,  das durch die zweiten Verbindungskanäle 36 zurück in den Hohlraum  32 strömt. Dichtungen 42 sorgen dafür, dass kein Wärmeträgerfluid  zwischen den Flanschen 14 und dem Mantel 20 der Walze 10 austreten  kann. 



   Die Federstege 18 haben vorzugsweise eine Höhe von etwa 10 bis 15  mm, eine Breite von etwa 8 bis 10 mm, und einen Abstand voneinander  von etwa 50 bis 60 mm. Ersichtlich muss der Federweg, den die Federstege  18 in radialer Richtung erlauben, grösser sein als die zu erwartende  Durchbiegung der Walze 10. Dies lässt sich durch eine geeignete Dimensionierung  und Materialauswahl der Federstege 18 erreichen. 



   Fig. 3 zeigt ein alternatives zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem  die Federstege 18 nicht an einer Hülse 16 ausgebildet sind, sondern  jeder für sich in einer zugehörigen Schwalbenschwanznut des Kerns  12 befestigt sind. Die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels  unterscheidet sich nicht von der des ersten Ausführungsbeispiels.                                                              



   Die Federstege 18 bestehen in den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen  aus einem Material, welches selbst federnd elastische Eigenschaften  hat. Dies ist jedoch nicht zwingend. Bei anderen, hier nicht dargestellten  Ausführungsformen ist das Material der Federstege selbst nicht oder  kaum federnd elastisch; die federnden Eigenschaften werden den Federstegen  statt dessen durch separate Federelemente verliehen, die sich am  Kern 12 abstützen. Als Federelemente kommen beispielsweise Elastomerelemente  oder Schraubenfedern, aber auch Blattfedern und andere bekannte Federbauarten  in Betracht.

Claims (11)

1. Walze (10), insbesondere zum Vermählen oder Desagglomerieren, mit - einem steifen, zumindest im Wesentlichen zylindrischen Kern (12), und - einem drehfest mit dem Kern (12) verbundenen rohrförmigen Mantel (20), der sich über in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente auf dem Kern (12) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Federelemente auf dem Kern (12) befestigte, wendelförmige Federstege (18) sind, die unter einem Winkel von wenigstens 10 Grad zur Walzenlängsachse (A) verlaufen, und dass - je zwei benachbarte Federstege (18) zwischen sich einen Kanal (22) für Wärmeträgerfluid begrenzen.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des Kerns (12) ein federstegfreier Abschnitt (24) vorhanden ist.

3.

Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federstegfreien Endabschnitte (24) des Kerns (12) zusammen mit dem Mantel (20) einen Verteilerraum (26) und einen Expansionsraum (28) für das Wärmeträgerfluid bilden.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) einen inneren, zumindest an einem Ende offenen Hohlraum (32) aufweist, der durch erste Verbindungskanäle (34) mit dem Verteilerraum (26) und durch zweite Verbindungskanäle (36) mit dem Expansionsraum (28) für das Wärmeträgerfluid verbunden ist.

5. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (20) kraftschlüssig mit den Federstegen (18) verbunden ist.

6. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstege (18) kraftschlüssig mit dem Kern (12) verbunden sind.

7.

Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstege (18) Teil einer Hülse (16) sind, die an dem Kern (12) befestigt ist.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstege (18) einstückig mit der Hülse (16) ausgebildet sind.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Federsteg (18) formschlüssig mit dem Kern (12) verbunden ist, insbesondere mittels einer Schwalbenschwanznut.

10. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Federstege (18) zur Walzenlängsachse in einem Bereich von 10 Grad bis etwa 30 Grad liegt.

11. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstege (18) aus Polyurethan bestehen, das vorzugsweise eine Shore-A-Härte von 80 bis 90 hat.