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Dokumentenidentifikation DE60021923T2 24.05.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001313958
Titel GASLAGERUNG FÜR ZYLINDER UND WALZEN
Anmelder Pikoteknik Oy, Parhalahti, FI
Erfinder KORPIOLA, Kari, FIN-00170 Helsinki, FI
Vertreter Einsel und Kollegen, 38102 Braunschweig
DE-Aktenzeichen 60021923
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.08.2000
EP-Aktenzeichen 009565524
WO-Anmeldetag 28.08.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/FI00/00729
WO-Veröffentlichungsnummer 0002018806
WO-Veröffentlichungsdatum 07.03.2002
EP-Offenlegungsdatum 28.05.2003
EP date of grant 10.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse F16C 32/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16C 13/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anwendung von Gaslagerungen zum Tragen von Rollen und Walzen insbesondere in Maschinen, die in der Verfahrenstechnik eingesetzt werden.

Gegenwärtig werden die meisten in der Verfahrenstechnik eingesetzten drehenden Maschinen mit Wälz- oder Gleitlagern ausgerüstet. Diese arbeiten in vielerlei Hinsicht zuverlässig. Andererseits führen sie zu dem Problem der Schmierung, da jedes Schmiermittel in das Endprodukt hinein gelangen kann, beispielsweise bei Papier oder Nahrungsmitteln, und zwar dort als Schadstoffzusatz. Daher benötigen sie eine ständige Wartung und eine Überwachung ihres Zustandes, um sicher zu stellen, dass die Verfahren nicht unterbrochen werden. Sie sind zuverlässig und haltbar, falls sie ordnungsgemäß eingesetzt werden. Dieses Erfordernis wird oft dadurch erfüllt, dass sie gut geschmiert werden und dass eine regelmäßige und störungsfreie Zufuhr von Schmiermitteln zu den Lagern sichergestellt wird. Dies erfordert oft einen Ölkreislauf für die Schmierung und eine gute Ölabdichtung, da anderenfalls Wasser, Staub, hohe Temperaturen, Schmutz und so weiter, die von den Verfahren erzeugt werden, die Lager zerstören können, die andererseits gut funktionieren würden. In ähnlicher Weise kann eine gut durchdachte und praktikable Schmierungslösung in der Umgebung einer Papiermaschine unbrauchbar sein, beispielsweise in Wälzlagern, die für Breitstreckwalzen gedacht sind, die nicht arbeiten, wenn die auf sie ausgeübte Belastung zu niedrig ist. Dies kann dazu führen, dass beispielsweise eine Unterbrechung in den Papierherstellungsvorgängen eintritt. Daher werden Anstrengungen unternommen, um neue Lösungen zu finden, die bei der Verwendung unter schwierigen Arbeitsbedingungen zuverlässiger wären.

Gaslagerungen stellen eine solche Lösung dar, die in schmutzigen und heißen Umgebungen und unter sonstigen schwierigen Umständen arbeitet. Die Eigenschaften eines gasförmigen Schmiermittels schließen Stabilität und eine Unanfälligkeit gegenüber Verkrustung ein. Wenn ein gasförmiges Schmiermittel verwendet wird, kann das Gas häufig in die Arbeitsumgebung abgegeben werden, ohne irgendwelche Verunreinigungen der Verfahrensergebnisse zu verursachen. Derartige Verfahrensumgebungen sind beispielsweise bei der Nahrungsmittel-, Textil-, pharmazeutischen und Papierindustrie gegeben, wo es erforderlich ist, dass keine Schmiermittel in das Endprodukt gelangen dürfen. Andere offensichtliche Vorteile sind die Stabilität und die Erhältlichkeit eines gasförmigen Schmiermittels. Beispielsweise verlieren bei Umständen, die hohe Temperaturen und Strahlung einschließen, einige andere Schmiermittel ihre ursprünglichen Schmierungseigenschaften. Die Erhältlichkeit ist ebenso eine wesentliche Frage hinsichtlich von Schmiermitteln unter extremen Bedingungen. Luft ist als ein Schmiermittel von gleichmäßiger Qualität auch bei schwierigen Verfahrensbedingungen in praktisch unbegrenzten Mengen und zu relativ niedrigen Kosten erhältlich.

Der Einsatz von Gas als ein Schmiermittel verglichen mit beispielsweise Öl macht es hinsichtlich der Funktionalität möglich, Gegenstandsoberflächen zu bekommen, die bei sehr hohen Geschwindigkeiten relativ zueinander gedreht werden. Dies liegt daran, dass Gas eine deutlich niedrigere Viskosität als Öl besitzt. Die Viskosität des Schmiermittels bestimmt die Reibung zwischen den gleitenden Oberflächen wie auch die erzeugte Wärme, die häufig die Rotationsgeschwindigkeit von zwei Körpern relativ zueinander begrenzt. Daher werden bei einer Verwendung von Luft erheblich höhere Rotationsgeschwindigkeiten erreicht, verglichen mit Lösungen, die Gleitlager verwenden.

Zusätzlich muss ein geschlossenes Schmierungssystem von Wälz- und Gleitlagern gegen Schmutz geschützt werden, der von Außen nach Innen eindringt. Bei Gaslagerungen hält das aus dem Lagerspalt strömende Gas die Lageroberflächen sauber. Die Verwendung von Gaslagerungen macht es möglich, die Zuverlässigkeit von Lagerungen von Zylindern zu steigern und die Reibung in den Lagern zu reduzieren. In ähnlicher Form kann die Zahl der Dichtungen reduziert werden, da das Schmiermittel nicht zirkuliert werden muss und das verbrauchte Schmiermittel in die Arbeitsumgebung abgegeben werden kann, ohne irgendeine Verunreinigung in dem Verfahren zu verursachen.

Bei Gaslagerungen trennt eine dünne Gasschicht die sich relativ zueinander bewegenden Oberflächen voneinander, sodass kein Kontakt zwischen den Oberflächen wie bei Rollen- und Kugel-Lagern besteht. Es gibt zwei Haupttypen von Gaslagerung, eine aerodynamische Gaslagerung, in welcher der Gasdruck in dem die Last aufnehmenden schmierenden Film durch das Lager selbst entsteht, und eine aerostatische Gaslagerung, in welcher der Gasdruck in dem die Last aufnehmenden schmierenden Film die Last trägt und durch die Verwendung einer äußeren Druckquelle aufgebaut wird. Diese wird häufig unter Verwendung eines Kompressors realisiert. Außerdem gibt es hybride Gaslagerungen, die eine Kombination von diesen beiden Typen darstellen. Im Falle einer aerostatischen Gaslagerung wird kontinuierlich unter Druck stehendes Gas aus einer äußeren Quelle in die Lagerung zugeführt. Das Gas strömt aus kleinen kapillaren Löchern oder aus einem porösen Material in den Lagerspalt und wird längs der Kanten des Körpers in die Umgebungsluft abgegeben. Mit einer derartigen Lagerung wird eine gewünschte Lagerkapazität durch Verändern des Druckes der Gasquelle in dem Bereich von 1 bis 20 bar leicht erreicht.

Bei Gaslagerungen kann eine Wellenaufnahme unter Verwendung von zylindrischen Radiallagern mit einem axialen Drucklager, einem konischen Lager, einem Yateslager oder einer sphärischen Lagerung realisiert werden.

Die 1 und 2 veranschaulichen das Wirkungsprinzip einer axialen Gaslagerung, wie sie beispielsweise in einer Papiermaschine eingesetzt wird, wobei 1 eine Situation ohne Belastung und 2 eine Situation mit einer Belastung darstellt. Eine Walze in einer Papiermaschine weist eine glatte rotierende Welle 1 auf, die mit einer Lagerung versehen ist, die die Kraft aufnimmt, die als Belastung auf sie wirkt. Die Lagerung besitzt eine Lagerschale 2, in welche das schmierende Gas zugeführt wird. Aus der Schale wird das Gas durch eine Düsenöffnung 3 in den Lagerspalt 4 geführt. Die 2 zeigt außerdem eine nach unten wirkende Kraft (F) 5, die die Welle aus ihrer ausgeglichenen balancierten Position herausbiegt, eine gegen die durch den Gasfilm erzeugte Belastung 5 wirkende Gegenkraft 6 (Luftkissen), und einen reduzierten Lagerspalt 7 unterhalb der Welle 1. Die Düsenöffnungen 3 sind sehr klein, sogar unterhalb von 0,1 mm, und die Spaltbreiten 4 zwischen den gleitenden Oberflächen sind von der Größenordnung von 0,01 mm.

In einer unbelasteten Gaslagerung (1) befindet sich die Welle in einer ausgeglichenen balancierten Position hinsichtlich der oberen und unteren Oberflächen und das Lager-Luftkissen ist an der oberen und an der unteren Oberfläche gleich groß.

Wenn eine Belastung auf die Welle 1 ausgeübt wird, die mittels Gaslagerungen (2) befestigt ist, wird die Welle 1 aus ihrer zentralen Position herausgebogen, was zu einem Druckanstieg im unteren Teil des Lagers führt und eine Gegenkraft (–F) 6 erzeugt, welche die Last F aufnimmt. Der Lagerspalt 4 auf der Oberseite nimmt nun zu und der Druck auf der oberen Oberfläche des Lagers nimmt ab, wodurch die auf die Welle 1 von oben ausgeübte Kraft auch abnimmt. Auf Grund der Abnahme der Kraft auf der Oberseite und der Zunahme der Kraft auf der Unterseite neigt die Welle 1 erneut dazu in ihren balancierten Zustand, wie dargestellt in der 1, zurück zu kehren. Wenn die Welle 1 ihre balancierte Position gefunden hat, sind die Lagerspalte 4 auf den oberen und unteren Seiten wiederum gleich und die Gaslagerung ist in Balance. Damit die Gaslagerung ordnungsgemäß arbeitet, müssen die Gasdüsenöffnungen 3 auf den oberen und unteren Seiten jeweils von der richtigen Größe sein. Falls diese Düsenöffnungen 3 zu groß sind, dann wird das Gas, das in den Lagerspalt fließt, nicht schnell genug aus dem Lagerspalt herauskommen und dieses reduziert erneut die Belastung auf die obere Lageroberfläche. Die Düsenöffnung 3 muss klein genug sein, um dem lastaufnehmendes Gas zu erlauben, aus dem engen Lagerspalt herauszuströmen. Zusätzlich muss die Größe der Gasdüsenöffnungen 3 hinsichtlich der Belastung, der Rotationsgeschwindigkeit des Lagers, und so weiter korrekt sein.

Ein Nachteil der gegenwärtigen Gaslagerungen ist die Komplexität ihrer Installation.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein modulares Gaslagerungssystem zu erreichen, in welchem die Lager aus separaten auseinandernehmbaren Hülsen oder Segmenten bestehen, und mehrere Lagerelemente unter Auswählen der Toleranz hergestellt und stabilisiert werden können und in welchem die Gaslagerungen auf einer gebogenen oder geraden Welle als eine separat vorgefertigte Einheit nach dem gleichen Prinzip wie Wälzlager hergestellt und befestigt werden können.

Das Gaslagerungssystem nach der Erfindung zeichnet sich daher dadurch aus, dass das an der äußeren Oberfläche der Welle der Rolle oder Walze befestigte innere Teil aus separaten abnehmbaren Hülsen oder Segmenten besteht, die einen inneren Ring bilden, dass der äußere Teil, der sich um den inneren Ring dreht und eine zylindrische Innenoberfläche besitzt oder aus zylindrischen Segmenten besteht, einen äußeren Ring bildet, und dass die inneren und äußeren Ringe über flexible oder gelenkige Verbindungen an der Welle und dem sich drehenden Mantel angebracht sind, sodass sie den inneren und äußeren Ringen ermöglichen, sich an eine gemeinsame von der Welle und dem Mantel gebildete Rotationsachse anzupassen.

Mit einer Gaslagerungsanordnung nach der Erfindung wird es möglich, ein hohes Niveau bei der Herstellungspräzision, wie auch Kosteneinsparungen zu erreichen. Außerdem kann durch eine Verwendung einer Lagerlösung, die separat von der Welle und der Walze ist, die Installation des Lagers und der Walze leichter gemacht werden. Es ist leichter, eine Gaslagerung als eine separate Komponente herzustellen, beispielsweise für eine Walze in einer Papiermaschine oder einem an der Maschine arbeitenden Beschichter, als direkt auf dem Walzenkörper oder der Welle. Außerdem erleichtert die Verwendung einer zylindrischen mit Gaslagerungen auf einer separaten Walzenwelle versehene Gleitoberfläche die Herstellung der rotierenden Walzen.

Bei vielen bei der Papierherstellung verwendeten Walzen wird dann, wenn die Gaslagerung aus separaten Komponenten besteht, es bevorzugt, jede Walzenkomponente zunächst separat und danach die balancierte Struktur zusammen in eine einzige Walzenanordnung zu bringen. Derartigen Anwendungen sind Breitstreckwalzen, Sektionswalzen, Ausrollwalzen und andere Walzen, die in der Papierherstellung verwendet werden.

Im Folgenden wird die Erfindung im Detail unter Zuhilfenahme eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen

1 das Wirkungsprinzip eines axialen Gaslagers veranschaulicht, wenn es nicht belastet ist,

2 das Wirkungsprinzip eines axialen Gaslagers veranschaulicht, wenn es belastet wird,

3 eine gekrümmte Breitstreckwalze darstellt,

4 die Struktur eines einzelnen Walzensegments einer Breitstreckwalze gemäß der Erfindung veranschaulicht, die in 3 dargestellt ist, und

5 zeigt, wie Gaslagerungen miteinander verbunden werden können.

3 zeigt eine gebogene Breitstreckwalze 11 einer Papiermaschine. Sie weist eine gebogene Welle 12 mit drehenden Walzensegmenten 13 auf, die auf ihr mittels Lagerungen befestigt sind, wobei die Segmente eine Walzenhülse bilden. Die Walzensegmente werden von Gaslagerungen getragen, wie in 4 dargestellt. Diese besitzen eine modulare Struktur, sodass sie auf der Welle als separat vorgefertigte Einheiten hergestellt und befestigt werden können.

Die Lagerungen weisen einen äußeren Ring 15 auf, der innerhalb eines zylindrischen Mantels 14 auf dem Walzensegment befestigt ist und sich mit diesem dreht, wobei der äußere Ring einen nahezu rechtwinkligen Querschnitt besitzt und eine zylindrische Innenoberfläche gerade Kanten an den Seiten und einen schmalen Spalt im Mittelabschnitt gegenüber dem Mantel 14 aufweist. Sie weisen außerdem einen inneren Ring 17 auf, der an einer stationären Hohlwelle bestehend aus einem mit seinen Enden befestigten Zylinder 19 befestigt ist, wobei der innere Ring eine gegenüber dem Zylinder 19 angeordnete Basis und gerade Seitenkanten aufweist, sodass der äußere Ring teilweise innerhalb des inneren Ringes 17 eingepasst werden kann. Zwischen den äußeren und inneren Ringen befindet sich ein enger Lagerspalt 16, typischerweise von weniger als 0,1 mm.

Die Lagerung besteht aus separaten auseinandernehmbaren Hülsen oder Segmenten, derart dass die mit der äußeren Oberfläche der Walzenwelle 19 verbundenen separaten abnehmbaren Hülsen oder Segmente einen inneren Ring 17 bilden, und dass der sich um den inneren Ring drehende äußere Ring 15 eine zylindrische Innenoberfläche besitzt oder aus mehreren zylindrischen Segmenten besteht.

Damit die Lageroberflächen sich Dimensionsänderungen im Hinblick auf die Drehachse anpassen können, muss die Anbringung flexibel und selbstanpassend sein. Mit einer derartigen Struktur wird es möglich, Fehlausrichtungen von Welle und Lager auszugleichen oder zu kompensieren. Der äußere Ring 15 wird mit seinen Kanten an dem Mantel 14 des Walzensegments befestigt und der innere Ring 17 wird mittels seinen Kanten an der Welle 19 über flexible oder gebogene Befestigungselemente 18 befestigt, die ein Schwingen der inneren und äußeren Ringe 15, 17 erlauben.

Die zur Schmierung verwendete Luft wird aus dem Inneren der Wellen über Löcher 21 in das Lager hineingeführt, die in dem Zylinder 19 vorgesehen sind, durch welchen die Luft in den Lagerspalt über Gasdüsen 20 strömt, die im mittleren Teil des inneren Ringes 17 platziert sind. Von dem Lagerspalt 16 strömt die Luft über die Lücken zwischen den Kanten der inneren und äußeren Ringe aus dem Lager.

Das Gaslager der Erfindung wird als eine separate Komponente hergestellt und dann mit den Befestigungselementen 18 beispielsweise auf einer Breitstreckwalze befestigt, wie in 3 dargestellt. Jede Walzenkomponente ist balanciert und separat zusammengebaut und die balancierte Struktur wird schließlich zusammengesetzt, um eine einzelne Walzenanordnung zu bilden.

5 zeigt, wie zwei Gaslager 22 nach der vorliegenden Erfindung über flexible Befestigungselemente 18 miteinander verbunden werden können.

Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf das vorbeschriebene Beispiel beschränkt ist, sondern es kann innerhalb des Bereiches der nachstehend vorgelegten Ansprüche variiert werden.


Anspruch[de]
  1. Gaslagerung (22) zur Verwendung bei Rollen (1) und Walzen mit einer Welle (19) und einem sich drehenden Mantelteil (14), der von einer Lagerung auf der Welle unterstützt wird, wobei die Lagerung einen inneren Teil (17) aufweist, der an der Welle (19) befestigt ist, und einen äußeren Teil (15), der an dem Mantel (14) befestigt ist, mit einem Freiraum zwischen den inneren und äußeren Teilen, wobei in diesen Freiraum ein zur Schmierung verwendetes Gas über Düsen (20) oder ein poröses Material zugeführt wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass das an der äußeren Oberfläche der Welle (19) der Rolle oder Walze befestigte innere Teil (17) aus separaten abnehmbaren Hülsen oder Segmenten besteht, die einen inneren Ring (17) bilden,

    dass der äußere Teil, der sich um den inneren Ring dreht und eine zylindrische Innenoberfläche besitzt oder aus zylindrischen Segmenten besteht, einen äußeren Ring (15) bildet, und

    dass die inneren und äußeren Ringe (17, 15) über flexible oder gelenkige Verbindungen (18) an der Welle (19) und dem sich drehenden Mantel (14) angebracht sind, sodass sie den inneren und äußeren Ringen (17, 15) ermöglichen, sich an eine gemeinsame von der Welle (19) und dem Mantel (14) gebildete Rotationsachse anzupassen.
  2. Gaslagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Schmierung verwendete Gas von der Welle (19) durch die innere Oberfläche des inneren Ringes (17) über in den inneren Ring (17) eingepasste Gasdüsen (20) in den Freiraum der Lagerung geführt wird, woraufhin das Gas dann aus der Lagerung über Spalte zwischen den Kanten der inneren und äußeren Ringe ausströmt.
  3. Gaslagerung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass der äußere Ring (15) Seitenkanten besitzt,

    dass der innere Ring (17) eine Basis aufweist, die gegen die Welle (19) und die Seitenkanten platziert ist, und

    dass der äußere Ring wenigstens teilweise innerhalb des inneren Ringes (17) eingepasst sein kann.
  4. Gaslagerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung zum Implementieren der Lagerungen einer Steck- oder Spreizwalze einer Papierherstellungsmaschine und von Bearbeitungsmaschinen eingesetzt wird.
  5. Gaslagerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zum Implementieren der Lagerungen einer Glieder- oder Schnittwalze einer Papierherstellungsmaschine und von Bearbeitungsmaschinen eingesetzt wird.
  6. Gaslagerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zum Implementieren der Lagerungen einer Auslaufwalze einer Papierherstellungsmaschine und von Bearbeitungsmaschinen eingesetzt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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