Die vorl iegende Erfindung betrifft, eine Breitstreckwalze. Derartige Walzen, die auch unter der englischen Bezeichnung "spreader roll" bekannt sind, finden in der Herstellung von bahrienförmigem Material Verwendung.

Nach der Bildung des bahnenförmigen Materials besteht die Gefahr, dass beim Transport über Walzen in der Bahn Falten gebildet werden. Ursächlich ist, dass das bahnenförrcige Material bei unzureichender Ausrichtung und/oder zu großer Durchbiegung aufeinanderfolgender Walzen in der Maschinenmitte vorläuft. Weiter kann beim Transport von bahnenförmigem Material ein Flattern des Randes des Materials auftreten, was unerwünscht ist .

Herkömmliche Breitstreckwalzen weisen aus Sicht des bahnenförmigen Materials in Erstreckungsrichtung der Walze eine ballige Form auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Walze insgesamt in axialer Richtung über einen beidseits zur Mitte der Walze hin zunehmenden Durchmesser ^" verfüge, und damit insgesamt tonnenförmig ist.... Alternativ, ist es auch bekannt, diese ballige Form durch Biegen der Walze insgesamt oder durch Biegen eines Hohl Zylinders der Walze zu bewirken. .Dabei ist das Maß der. Biegung häufig einstellbar, um eine optimale Anpassung der

Breie streckwal ze zu erlauben.

Walzen, deren Baliigkeit durch Verbiegen eines Hohlzylinders eingestellt werden kann, weisen in der Regel eine als Tragkörper dienende relativ starre zentrale Weile und einen, vergleichsweise flexiblen, die starre Welle umgebenden Hohlzyl nder auf. Dabei können die starre Welle und das Hohlzylinder beide aus Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Sowohl die starre Welle als auch das Hohl Zylinder sind an beiden ■ Walzenenden über ein Mehrringlager gelagert, welches durch eine Sx.zencerlagerung von Welle und Honlz lindcr eine Einstellung der Krümmung des Hohlzyiinders und damit der Balligkeit der Walze insgesamt erlaubt. Derartige Breitstreckwalzen können unter der Bezeichnung "CarboStretch" von der Firma Voith Paper Holding GmbH & Co. KG, St. Pöltener Str. 43, 89522 Heidenheim, Deutschland bezogen werden.

Ein Beispiel für eine Breitstreckwalze aus dem Stand der Technik ist in dem Dokument US 3,678,846 beschrieben. In die zugrundeliegende Physik wird im Dokument "Make Fiat Sheet Using Contrabend Rolls" von Richard Palmer, vorgestellt auf der Konferenz AN EC 2000, eingeführt.

Beispiele für zwischen den Walzen geführtes bahnenförmiges Material sind Papierbahnen in der Papierindustrie oder Kunststoffbahnen in der Kunststoff Industrie . I der Papierindustrie werden Breitstreckwalzen in der Streichmaschine, im Kalander, in der Pressenpartie oder bei der Aufrollung eingesetzt. Be-i- bekannten isittengestützten -Walzen.... ist die Lagerung des. Hohlzyiinders auf der Welle unbefriedigend. So können am Hohl zylinder im Bereich der Lagerung auf der Weile hohe Spannungen auftreten, oder kann der Verstellweg des Hohlzyiinders ungenügend sein.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Breitstreckwalze bereitzustellen, bei welcher einerseits das Auftreten ^■ von Spannungen im Hohlzylinder in der Nachbarschaft des Koppelelernents vermieden wird, und dΓΊ tT ~3 d\. t ü ein ausreichender Verstellweg des

Hohl zyl inders sichergestellt ist.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Ausführungsformen weisen eine Breitstreckwalze, eine Welle mit endseitigen Achslagern, einen die Welle in einem radialen Abstand umschließenden Hohl Zylinder mit endseitigen Achslagern und wenigstens ein zwischen der Welle und dem Hohlzyiinder angeordnetes Koppelelement, auf. Das wenigstens eine Koppel lement trägt den Hohlzylinder und verbindet ihn drehfest mit der Welle. Die Welle kann massiv oder eine Hohlwelle sein. Dabei weist das wenigstens eine Koppe1e1ement in radialer Richtung eine -Stärke auf, welche ausgewählt ist aus den folgenden Bereichen: 5 mm - 50 mm , 5 mm - 40 mm , 5 mm - 30 mm , 10 mm - 50 mm , 10 mm. - 40 mm, 10 mm - 30 mm, 15 mm - 50 mm, 15 mm - 40 mm, 15 mm - 30 mm. Weiter ist das wenigstens eine Koppelelement aus einem elastischen Werkstoff qebildet.

Dabei wird im Rahmen dieser Anmeldung unter einem elastischen Werkstoff ein Werkstoff verstanden, dessen elastische Eigenschaften von einem darin enthaltenen Anteil an elastischem Kunststoff bestimmt werden. Der elastische Kunststoff muss dabei kein Elastomer im chemischen Sinne sein. Der Werkstoff ^' kann durch- Zusatzstoffe verstärkt sein, und beispielsweise auch in Form, eines Schaums vorliegen. Beispiele für geeignete elastische Kunststoffe sind: Polyurethane, Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, wobei auch andere elastische Kunststoffe verwendet werden können. Gemäß einer Ausführungsform ist der elastische Werkstoff Polyurethan. Weiter wird im Rahmen dieser Anmeldung unter Hohl zylinder ein Körper verstanden, dessen äußere Form ohne äußere Krafteinwirkung im Wesentlichen der eines geraden Kreiszylinders entspricht. Dabei bedeutet "im Wesentlichen", dass in Längsrichtung Abweichungen um maximal 10 % und in radialer Richtung Abweichungen, um maximal 3 % von der Form eines Kreiszylinders im mathematischen Sinn erlaubt sind, so dass bauchige oder taillierte Hohlzylinder zulässig sind. Weiter ist der Körper innen hohl, d.h. es existiert in einmontiertem Zustand des Hohlzylinders ein die beiden Grundflächen des HohlZylinders verbindender Freiraum. Die Wandstärke des Hohlzylinders kann in axialer Richtung variieren. Weiter kann der Hohlzylinder einstückig ausgebildet oder aus mehreren miteinander verbundenen Teilen gebildet sein.

Durch die Wahl eines Koppelelements aus elastischem Werkstoff und damit einem Werkstoff mit wesentlich geringerer Härte als der Härte des Hohlzylinders und der Welle wird das Auftreten von Spannungen im Hohlzylinder wirkungsvoll vermieden. Gleichzeitig stellt die beanspruchte Stärke des wenigstens einen Koppelelements in radialer Richtung einen ausreichenden Verstellweg der Randbereiche des HohlZylinders in radialer Richtung sicher. Weiter ermöglicht das wenigstens eine Koppelelement durch geeignete Wahl des verwendeten elastischen Werkstoffs und/oder geeignete Dimensionierung des wenigstens einen Koppelelements eine Einstellbarkeit der Biegelinie des Hohl zyl Inders und eine Verspannung des HohlZylinders gegenüber der Welle.

Gemäß einer Ausführungsform sind in Längsrichtung des Hohlzylinders N Koppelelemente gleichmäßig über die Länge des Hohlzylinders verteilt angeordnet, wobei N eine natürliche Zahl größer gleich 1 ist . Insbesondere kann N gleich 2 sein. Somit kann die Biegelinie des Hohlzylinders auch über die Anzahl und Anordnung der Koppelelemente eingestellt werden. Beispielsweise kann so sichergestellt werden, dass der Hohl zylinder bezogen auf seine axiale Erstreckung nur in seinen Randbereichen verbogen wird, und in einem mittleren Abschnitt gerade verläuft.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Breitstreckwalze weiter jeweils ein in radialer Richtung zwischen Welle und dem wenigstens einen Koppelelement angeordnetes Koppelrohr auf, wobei das Koppelrohr in radialer Richtung jeweils eine Stärke von zwischen 5 mm und 70 mm aufweist und aus Metall oder Faser- Kunststoff -Verbund und insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist.

Durch Verwendung des Koppelrohres ist es möglich, die Gesamtstärke des für das wenigstens eine Koppelelement verwendeten elastischen Werkstoffs in Grenzen zu halten und gleichwohl einen großen radialen Abstand zwischen Welle und Hohlzylinder und damit eine großen radialen Verstellweg des Hohlzylinders bereitzustellen.

Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem wenigstens einen Koppelelement und der Welle eine Bindeschicht aus Faser-Kunststoff -Verbund und insbesondere einem Faser- Kunststoff -Verbund auf Grundlage von Glasfasern und/oder Polyesterfasern angeordnet. Diese Bindeschicht erleichtert eine drehfeste Verbindung des wenigstens einen Koppelelements und der Welle, beispielsweise durch Verkleben mit Epoxydharz.' Gemäß einer Ausführungsform ist die Bindeschicht aus Glasfasergewebe (Gl as - Tape ) gebildet.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Welle aus einem Material gebildet, das ausgewählt ist unter Metall oder Faser- KunstStoff-Verbund und insbesondere

Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff .

Bei dein kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff kann es sich im Rahmen dieser Anmeldung beispielsweise um einen reinen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder auch ^' um Mischverbunde aus Kohle und Glas, Kohle und Aramid oder Kohle und Naturfaser handein. Gemäß einer Aus ührungsform ist der Hohlzylinder aus einem Material gebildet, das ausgewählt, ist unter Metall oder Faser-Kunststoff -Verbund und insbesondere g1as fase r erstärktern Kunststoff . Bei dem Faser-Kunststoff -Verbund kann es sich im Rahmen dieser Anmeldung alternativ beispielsweise auch um einen Mischverbund aus Glas und Aramid oder Glas und Naturfasern oder nur Glas handeln. Gemäß einer Ausführungsform ist das Material für den Hohlzylinder und die Welle so gewählt, dass der Kohlzylinder gegenüber de Welle eine geringere Steifigkeit auf eist . Gemäß einer Aus führungs form weist die Breitstreckwalze weiter zu beiden Seiten der Breitstreckwalze angeordnete Doppel -Exzenterlager oder Mehrringlager auf, welche die endseitigen Achslager der Welle und des Hohl zyl .Inders lagern. Derartige Lager sind in dem Patent EP 1 753 682 Bl beschrieben und können beispielsweise von der Schaeffler KG , Industriestraße 1-3, 91074 Herzogenaurach, Deutschland bezogen v/erden.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Länge des wenigstens einen Koppe1e1ements in Längsrichtung der Welle und des Hohlzylinders zwischen 500 mm und 1.500 mm. Der in radialer Richtung zwischen der Welle und dem Hohl zylinder bestehende Abstand wird gemäß einer Aus fuhrungs form bei unbelasteter Walze und ungebogenem Hohlzylinder angrenzend zum wenigstens einen Koppelelement gemessen. Bei der Länge des wenigstens einen Koppeielements handelt es sich um die entlang der Längsrichtung der Welle maximale Erstreckung des wenigstens einen Koppelelements in unbelastetem Zustand.

Gemäß einer Ausführungsform weist das wenigstens eine Koppelelement in Längsrichtung der Welle und des Hohlzylinders zwei Stirnseiten auf, welche zumindest in einem Abschnitt mi der Welle einen kleinsten Winkel von zwischen 30° und 60° und insbesondere von zwischen 40° und •50° und weiter insbesondere 45° einschließen. Dabei ist die Neigung der Stirnseiten zumindest in diesem Abschnitt so gewählt, dass das wenigstens eine Koppelelement die Welle bzw. das Koppelrohr über eine größere Länge als den Hohlzylinder kontaktiert'. Die radiale Erstreckung des wenigstens einen Koppeielements nimmt ^' somit in diesem Abschnitt ausgehend von der Welle rampenförmig zu.

Gemäß einer Ausführungsform weist das wenigstens eine · Koppelrohr in Längsrichtung der Welle und des Hohlzylinders zwei Stirnseiten auf, welche zumindest in einem Abschnitt mit der Welle einen kleinsten Winkel von zwischen 30° und 60° und insbesondere von zwischen 40° und 50° und weiter insbesondere 45° einschließen. Dabei ist die Neigung der Stirnseiten in diesem Abschnitt so gewählt, dass das 'wenigstens eine Koppelrohr die Welle über eine größere Länge als das Koppeleiement kontaktiert. -Die radiale Erstreckung des wenigstens einen Koppelrohrs nimmt somit in diesem Abschnitt ausgehend von der Welle rampenförntig zu. Gemäß einer Ausführungsform weist der Hohizyiinder in radialer Richtung eine Wandstärke von zwischen. 5 mm und 20 mm auf . Gemäß einer Ausführungsform weist die Welle in radialer Richtung einen Außendurchmesser von zwischen 100 mm und 700 mm auf .

Die axiale Länge des HohlZylinders und der Weile beträgt gemäß einer Ausführungsform zwischen 5000 mm und 12.000 mm.

In Ausführungsformen stützt das wenigstens eine Koppelelement den Hohizyiinder an seinen ganzen Innenutnfang . Beispielsweise kann das Koppelelement rotationssymmetrisch ausgebildet sein, und die ^" Welle ringförmig umgeben.

Gemäß Ausführungsformen ist das wenigstens eine Koppelelement aus dem gleichen Material gebildet, wie die Welle oder der Hohlzylinder. Gemäß einer Ausführungsform ist das Koppelelement einstückig mit der Welle oder dem Hohlzylinder ausgebildet, gemäß einer anderen

Ausführungsform ist das Koppelelement zusätzlich zur Weile und dem Hohlzylinder als separates Teil ausgebildet. Beispielsweise kann das Koppelelement aus einem Faser- Kunststoff -Verbund gebildet sein.

Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung einer Breitstreck alze , insbesondere einer Walze wie vorstehend beschrieben, v/eisend die folgenden Schritte auf:

Bereitstellen einer Welle mit endseitigen Achslagern, drehfestes Anordnen von N die Welle entlang ihres Umfangs vollständig ^' umgebenden Koppelelementen aus einem elastischen Werkstoff, wobei die N Koppelelemente gleichmäßig über die Länge des Hohlzylinders verteilt angeordnet sind, und wobei eine natürliche Zahl größer gleich 1 und insbesondere gleich 2 ist; Bereitstellen- eines Hohlzylinders, wobei eine Passung zwischen dem Innendu chmesser des Hohlzylinders und dem Außendurchntesser des Koppelelements eine Presspassung ist, und Einbringen der Welle mit dem wenigstens einen Koppelelement in den Hohlzylinder. Dabei weist das wenigstens eine Koppelelemente in radialer Richtung eine Stärke von wenigstens 5 mm und insbesondere von wenigstens 10 mm und weiter insbesondere von wenigstens 15 mm auf, und gleichzeitig eine. Stärke von höchstens 50 mm und insbesondere von höchstens 40 mm und weiter insbesondere ^' von höchstens 30 mm auf.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. In den -Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt:

Figur 1A eine erste . Ausführungsform einer

Breitstreckwalze im Querschnitt;

Figur 13 eine zweite Ausführungsform einer

Breitstreckwalze im Querschnitt ,-

Figur 2A eine auf der ersten Ausführungsform basierende dritte Ausführungsform einer Breitstreckwalze im Querschnitt; und

Figur 2B eine auf der zweiten Ausführungsform basierende vierte Ausführungsform einer Breitstreckwalze im Querschnitt .

Es wird betont, dass in den Figuren 1A, 1B, 2A, 2B aufgrund der Rotationssymmetrie der gezeigten Walzen immer nur der Querschnitt durch eine halbe Breitstreckwalze gezeigt ist. Durch Spiegelung an der Symmeurieebene P wird jeweils ein Querschnitt durch eine vollständige Walze erhalten.

In Figur 1A ist eine erste Ausführungs orm einer Breitstreckwalze l gezeigt.

.Die Breitstreckwalze Wl weist eine von zwei Lagern L gestützte Welle A ^■ auf, die in der vorges ellten Ausführungsform von einem Rohr aus kohlenfaserverstärkteict Kunststoff gebildet ist. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um eine massive Welle oder hohle Welle aus Stahl oder einem von kohlenfaserverstärktem Kunststoff verschiedenen Faser-Kunststoff -Verbund handeln. In der gezeigten Ausführungsform weist die Welle eine Länge von 12 m und einen Außendurchmesser von 70 cm auf. Die vorliegende Erfindung ist auf diese Abmessungen jedoch ni cht beschrankt .

In einem mittleren Bereich der Welle A ist durch Verkleben über .eine Bindeschicht Bl aus einer Mischung aus Glasfaservlies und Polyestervlies mit Epoxydharz drehfest ein ringförmiges Koppelelement Kl aus Polyurethan mit einer radialen Stärke von 20 mm befestigt. Alternativ kann das Koppelelement Kl auch aus . einem anderen elastischen Werkstoff wie beispielsweise Thermoplast, Duroplast und Elastomer gebildet sein. Die Länge des Koppelelements Kl in Längsrichtung der Welle A und des Hohl zyi Inders H entspricht dem -fachen des in Radialrichtung zwischen der Welle A und dem Hohlzylinder H bestehenden Abstands S. Das Koppelelement Kl weist in Längsrichtung der Welle A und des Hohlzylinders H zwei Stirnseiten F auf, welche mit der Welle einen kleinsten Winkel α von 50° einschließen. Dabei ist die Neigung der Stirnseiten F so gewählt, dass die radiale Erstreckung des Koppelelements Kl ausgehend von der Welle A rampenförmig zunimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehenden Abmessungen und Winkel beschränkt .

Das ringförmige Koppelelement Kl trägt einen Hohlzylinder H mit endseitigen Achslagern L', weicher Hohlzylinder H in der gezeigten Ausführungsform aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet ist und eine konstante Wandstärke aufweist. Alternativ kann der Hohlzylinder aus Stahl oder einem von glasfaserverstärktem Kunststoff ^' verschiedenen Faser-Kunststoff-Verbund gebildet sein. Das für den Hohl zyiinder verwendete Material ist bevorzugt so gewählt, dass der Hohlzylinder eine geringere Steifigkeit als die Welle aufweist. In der gezeigten Ausführungsform weist der Hohlzylinder eine Länge von 12,25 m und einen Außendurchmesser von 77 cm auf. Die Wandstärke beträgt 15 mm. Die vorliegende Erfindung ist auf diese Abmessungen jedoch nicht beschränkt.

Die Achslager L, L ' der Welle A und des Hohlzylinders H Vierden in der gezeigten Ausführungsform von einem an beiden Stirnseiten der Breitstreckwalze angeordneten Doppel - Exzenterlager aufgenommen. Das Doppel ·-Exzenterlager ist nicht eigens gezeigt. Mittels des Doppel -Exzenterlagers ist eine gezielte Verbiegung der Stirnseiten des Hohlzylinders H möglich.

In Figur 1B ist eine zweite Ausführungsform einer Breitstreckwalze W2 gezeigt. Die in Figur 1B gezeigte zweite Ausführungsform basiert auf der in Figur 1A gezeigten ersten Aus führungsform, so dass im Folgenden nur auf ^' Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform verwiesen wird . Die in ^■ Figur 1B gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1A gezeigten, ersten Ausführungsform dadurch, dass zwei in Längsrichtung des Hohlzylinders H gleichmäßig über die Länge des Hohl Zylinders H verteilt angeordnete Koppelelemente K2 , K2 ' mit zugehörigen Bindeschichten B2, B2 ' vorgesehen sind.

Weiter betragen die Flankenwinkel α der Koppelelemente K2 , K2 ' in der zweiten Ausführungs ^' form 60° und nicht 50° wie in der ersten Ausführungsform.

Durch die Verwendung von zwei Koppelelementen K2 , K2 ' kann der Bereich, in dem eine . Verbiegung der Stirnseiten des Hohlzylinders H eine Bombierung oder ballige Verformung der Mantelfläche des Hohl Zylinders H bewirkt, auf definierbare Randbereiche begrenzt werden.

In Figur 2h ist eine dritte Ausführungsform einer Breitstreckwalze W3 gezeigt. Die in Figur 2A gezeigte dritte Ausführungsform basiert auf der in Figur 1A gezeigten ersten Ausführungsform, so dass im 'Folgenden nur auf Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform verwiesen wird.

Die Breitstreckwalze W3 weist gegenüber der in Figur 1A gezeigten ersten Ausführungsform zusätzlich ein in radialer Richtung zwischen Welle A und dem Koppelelement Kl angeordnetes Koppelrohr Rl auf, wobei das Koppelrohr Rl in radialer Richtung eine Stärke von 5 mm aufweist und aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist. Das Koppelrohr Rl weist in Längsrichtung der Welle A und des Hohlzylinders H zwei Stirnseiten F ¹ auf, Vielehe mit der Welle einen kleinsten Winkel a' von 45° einschließen. Dabei ist die Neigung der Stirnseiten F ' so gewählt, dass die radiale Erstreckung des Koppelrohrs Rl ausgehend von der Welle A rampenförmig zunimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehenden. Abmessungen, Winkel und Materialien beschränkt.

Durch Verwendung des Koppelrohres Rl kann der Abstand zwischen Welle A und Hohlzylinder H und damit der radiale Versteliweg des Hohlzylinders erhöht werden. Entsprechend ist die Bindeschicht 31 zwischen Koppelrohr Rl und Koppelele ent Kl angeordnet .

Bei der in Figur 2B gezeigten vierten Ausführungsform einer Breitstreckwalze W4 handelt es sich um eine Kombination der in Figur 1B und 2A gezeigten zweiten und dritten Ausführungsform, so dass auf die vorstehend beschriebene zweite und dritte Ausführungsform verwiesen wird.

Es wird betont, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft sind und nicht den Schutzbereich der Ansprüche beschränken ^' sollen. Dies betrifft insbesondere die für die Welle, das wenigstens eine Koppelement und den Hohlzylinder angegebenen ^' Werkstoffe. Auch die Längen-- und Breitenverhältnisse der gezeigten Walzen .sind zur besseren Darstellbarkeit, nicht maßstabsgetreu gewählt.