消除振荡的辊的制作方法

专利名称：消除振荡的辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于卷筒纸状媒介，特别是用于机械处理、热处理或热机械处理的卷筒纸状媒介的辊。
具体的说，该处理可以是挤压、烘干或平滑该媒介，或者这些类型的处理的结合。该媒介优选为是卷筒纸。
背景技术：
这种辊可应用于例如砑光机上，该砑光机用于平滑卷筒纸。砑光机包含多个安装在支撑于基座上的框架中的辊，这样它们可以相对于彼此旋转和移动。待处理的卷筒纸被引导在辊之间穿过，其中辊在卷筒纸上施加压力。平滑过程可以理解为，把辊的光滑表面以很大的压力压在卷筒纸原本粗糙的表面上。辊表面的温度升高是有益的，因此，这种辊在很多应用中都被加热。
辊的制造会带来不可避免的缺陷，例如在不同生产阶段的生产公差导致了辊在工作过程中的不平衡和变形。这明显地表现为能严重妨害工作的振荡和振动。一旦被生产出来，辊即是平衡的，也就是说，不平衡量由适当的方法被测量出来并得到补偿。为了考虑热变形，辊在温度升高时也是平衡的。
公差也被应用在保持平衡上，超过该公差的进一步改进的成本不再经济。此外，在实际工作中的变形还依赖于无法完全在平衡机中模拟的载荷。辊还在不同的速度和温度下工作。然而，平衡本身只能为具体的工作状态而进行优化。因此，由于工作状态偏离仍然存在剩余的不平衡，该不平衡导致工作过程中的振荡和振动。
因此，设置砑光机的辊使其工作在充分远离其共振临界频率处。在共振临界频率附近，辊的振荡和振动被由整个砑光机系统参与的共振放大，直到达到砑光机不能再工作的振荡状态。这可以由线压力下旋转频率振荡产生的卷筒纸上的标记引起，并可以一直持续到疲劳危及到砑光机的组件。

发明内容
本发明的一个目的是改善用于卷筒纸状媒介的辊的振荡特性，特别是用于处理卷筒纸状媒介的辊的振荡特性。
对于机床，DE 100 46 868 C2公开了以一种由液体和粒状固体组成的呈柔软粘稠状的混合物填充机床的机座。这能有效的消除在工作过程中进入机座的振荡。机座把振荡传递到液体上，该振荡对它来说即是要移动固体颗粒。然而，由于其质量惯性，固体颗粒保持在原来的位置，并且在液体和颗粒间存在相对运动。颗粒上的液体摩擦力和液体本身的湍流消耗了能量，这消除了机座上的振荡，进而消除了整个机器上的振荡。
与此类似，体现为中空结构，例如中空焊接结构，的辊框架，例如砑光机框架，也可以适合主要通过填充框架的中空空间来消除振荡。
然而，本发明还通过完全地或部分地以一种耗能混合物来填充形成在卷筒纸处理辊中的中空空间进行了决定性的一步。该卷筒纸处理辊可以具体为砑光机辊。该辊不仅可以用于造纸机，还可以用于例如旋转印刷机或用于处理金属或塑料的薄膜或带。
该混合物由一种液体和至少一种不溶于该液体的组合成分组成，该组合成分由优选为粒状固体的固体微粒，或者另一种液体形成。该混合物可以包括多种不同的液体。该混合物也可以包括多种不同类型的优选地粒状的固体，其中每种固体微粒可根据尺寸、形状和/或比重而不同。在混合物中，在这里该混合物形成为分散体，固体微粒无论如何应当均匀并且精细地分布，这样在中空空间中被看作一个整体时该混合物具有均匀的质量分布。具体的说，该固体可以表现为沙子的一致性。虽然优选的为分散体，但是该混合物原则上也可以是由两种不同液体组成的乳液。
DE 100 46 868 C2中公开了优选的分散体，其可作为这方面的参考。
在优选的分散体中的固体表现出一定的形状，优选地具有棱边，该形状在液体里的固体发生相对运动时产生最佳的高摩擦力。如果是由沙子形成该固体，优选的为经过粉碎的沙子。
该混合物优选地在辊的整个工作温度范围内呈柔软粘稠状。
在优选的第一个实施例中，至少一个中空空间是中央中空空间，使得该辊的旋转轴延伸穿过该混合物。该中空空间优选地与该旋转轴同心。用于机械或热机械处理卷筒纸状媒介的辊，如特别提到的砑光机辊，大多具备中央中空空间。中空空间的实施可以是与设计相关的，例如在具有由环形间隙形成的热处理管道的所谓的移置辊中；或者可以是为达到减小工作压力的目的而准备的，例如在具有由用来引导热流体和冷却液的外围孔形成的热处理管道的轧辊中。辊壳本身可以直接形成用于容纳混合物的容器壁。该混合物也可以被容纳在专门用于混合物的容器里，这个容器可以设置在该辊的内部。也可以在辊的内部设置多个这样的分离的混合物容器，例如沿着旋转轴彼此相邻并彼此间隔设置。在辊的内部，多个混合物容器可以在辊内部被刚性或弹性支撑。
在优选的第二个实施例中，至少一个中空空间是保留在辊壳和被辊壳包围的圆柱体之间的环形间隙。该环形间隙可以完全地或者部分地由混合物填充，其中辊壳形成用于盛混合物的容器外壁，而圆柱体形成用于盛混合物的容器内壁。此外，该中空空间也可以只形成在圆柱体内部。该圆柱体同样可以包围位于中央的第一中空空间，而在环形间隙里形成第二中空空间。这两个中空空间中的每一个都可以完全地或部分地由相同的混合物填充，或者也适于根据它们自身情况分别填充不同的所述类型的混合物。和前面至少一个位于中央的中空空间的情况一样，在这些实施例中的辊壳或圆柱体也不必直接形成该混合物的容器壁，虽然这是优选的。
尽管至少一个中空空间优选地为与辊的旋转轴同心的中空空间，但这并不是绝对必须的。可选的，也可以设置多个分别非同心的中空空间，为了不引起对它们来说的不平衡，该中空空间在整体上应该相对旋转轴旋转对称排列。
填充中空空间或多个中空空间对辊的平衡特性没有影响。它既不会减小辊的不平衡性，也不会影响例如辊与温度相关的弯曲，该弯曲对它来说再次引起不平衡。相反，在辊的质量偏移时，与没有填充的中空空间相比，填充辊孔会增加离心惯性力。消除效果，如由填充可能是中空的辊框架所引起的，也不是所希望的。辊启动一会儿后，中空空间的填充物将和辊以同样的频率旋转。即使在旋转频率发生中心偏移的情况下——这是辊在高速转动时不平衡的主要原因——辊和最终会具有消除效果的混合物之间没有相对运动。这也已经由实际实验证实。一个辊管的不平衡不会由在辊管内部填充混合物而改变，该混合物优选地被设置为柔软的分散体。
填充有混合物的辊，与无任何填充物的辊相比，在接近或者甚至超过共振临界频率时，其所谓的平稳运行有显著的差异。当辊没有被填充时，平衡机器的速度必须被控制，因为它有使辊跳离的危险，而当辊的中空空间被填充后，通过临界速度可能没有问题。辊甚至能在所谓的超临界范围中平稳运行。
回顾一下，现有理论也对此给出了一个看似合理的解释只要辊和其填充物在次临界范围内彼此一起旋转而没有彼此相对运动，额外的消除是不可能的。然而，当接近共振频率时，在实际系统中有一个相移——该相移总会表现出一种弹性和消除。由不平衡力引起的偏移一直缺少由增加的旋转角引起的不平衡力，直到在共振频率之上达到180°的稳定相移。然而，一旦该不平衡力——或由不平衡产生的离心力——偏离了其偏移的方向，在具有消除效果的例如该混合物的填充物中形成了涌流。根据本发明，填充至少一个中空空间为制造具有成本效益的能在其共振频率附近甚至在超临界范围内工作的辊提供了选择。由于本发明，辊可以具有更小的直径。而且，在砑光机宽度不变的情况下，不仅砑光机的辊可以更小、更轻以及更具成本效益，而且整个砑光机的尺寸也可以变得更小。
一个额外的正面效果在于，根据本发明的辊也能够有效地消除由处理卷筒纸时与辊协同工作的其它组件产生的振荡和振动，例如一个或多个协作辊，驱动器，轴承等，也或者卷筒纸状媒介本身。举例来说，因此还可以期待与砑光机所怕的横纹的产生有关的重大进步。
最后，甚至在所谓的半临界速度的范围内，根据本发明的辊也比设计相同的但没有填充物辊表现出更好的工作平稳性。半临界共振发生在辊截面具有各向异性时。这种辊在两个相互垂直的平面具有不同的刚性。如果通过其两个耳轴安装并承受其本身重量或一个附加的线载荷的这种辊，一旦相对于其轴线旋转，其下垂量(sagging)的扩大超过两个单位。这种辊在对应于其共振频率的一半的旋转速度下经历两次激励，即，在这种速度下，它在与其共振频率相对应的频率下被激励。倘若在这种刺激下，通过填充的消除变得十分有效。
在优选的实施例中，该混合物可以优选地通过能被或已经被一种液压流体扩大的腔承受压力载荷。该腔优选地设置在混合物内，但是原则上也能形成中空空间的外壁，在这种情况下其体积整体上可变。该腔的壁在整体或局部上是柔性的。在后一种情况下，该腔由气泡形成。然而该腔也可以只由刚性的腔壁构成，至少一个腔壁能够相对至少另一个腔壁移动，以改变封闭的体积。这样的腔可以具体地由活塞-气缸装置形成，其中形成活塞的腔壁优选地由周围的腔壁沿直线引导。柔性的和可移动的、刚性的腔壁的结合也是有益处的。该腔可以具体地由弹性恢复装置形成，特别是波纹管，优选为金属波纹管。提到的可移动的腔壁可以被固定在该波纹管的顶端或者可以直接由该波纹管的顶端形成，而该波纹管的底端连接另一个腔壁。有利地是，密闭流体的压力和波纹管的弹力彼此正向叠加，这样如果该混合物体积膨胀，腔的体积缩少，而该腔的压力以及该波纹管的恢复弹力因此增加。有利地是，该腔能够补偿中空空间和/或位于其中的混合物的体积变化，并因此可以作为一个平衡腔。由于辊的温度变化，体积上的变化也可单独发生。
除了通过一个或多个腔给混合物施加压力，原则上它还可以通过负载液压流体而直接置于压力载荷下。该液压流体可以是一种气体或气体混合物，特别是空气，或者也可以是另外的液体。在一个可选的，同样是优选的实施例中，中空空间可以被抽空，即其中包含的混合物可以负载一个局部的真空。
在从属权利要求及其结合中也描述了优选的特征，其中有益的是，上面描述的特征和从属权利要求中的特征相互补充。


下面通过附图来解释本发明示例性的实施例。示例性的实施例所以揭示的特征——每个独立的特征和特征的任意组合——有利地发展出权利要求的主题和上面描述的实施例。如图所示图1第一实施例中的辊，包含填充有振荡消除物体的辊壳，该振荡消除物中设有平衡腔；图2第二实施例中的辊，包含填充有该物体的辊壳，以及设置在该物体中的改进的平衡腔；
图3第三实施例中的辊，包含至少一个设置在辊壳中的消除体；图4第四实施例中的辊，包含双层壁的辊体，该辊体中的环形间隙中填充有振荡消除物体；图5第五实施例中的辊，包含辊壳以及在其中弹性支撑的中空移置体；图6第六实施例中的辊，包含辊壳以及在其中弹性支撑的实心移置体；图7第七实施例中的辊，包含辊壳以及在其中固定支撑并填充有物体的移置体；以及图8第八实施例中的辊，包含辊壳以及在其中固定支撑并填充有物体的移置体，其中留在该辊壳和该移置体之间的环形间隙也填充有该物体。
具体实施例方式
图1示出了在第一实施例中的辊，包含一个圆形的圆柱体辊壳1，耳轴2通过耳轴法兰固定在其两个轴端的每一个上。这样得到的辊能够依靠其两个耳轴2安装，从而它可以相对于旋转轴R被转动和驱动。特别的，该辊可以是用于平滑卷筒纸的砑光机辊。
在相对于旋转轴R旋转对称的辊壳1中，形成一个同样相对于旋转轴R旋转对称的中心中空空间3。在其外侧，该辊壳1的壳内表面形成了该中空空间的壁。两个耳轴法兰在辊壳1的两个轴向外侧密封了中空空间3。
该中空空间填充有由液体和大量固体微粒组成的混合物4。该固体微粒为粒状。混合物4整体上呈柔软粘稠状。除了填充有气体的腔5之外，中空空间3完全填充了混合物4。柔性膜6形成了腔5的壁。膜6优选为弹性的。腔5因此形成为气泡，优选为弹性气泡。该腔5填充有空气，其中腔5中的空气压力大于在周围的辊中的压力。这样腔5和全部混合物4因此处于压力载荷下。通过平衡该中空空间3和该混合物4相对与彼此经历的体积变化，腔5充当了平衡腔。
该辊壳1显示为一个简单的管。如果该辊1，2是用于热机械处理卷筒纸的辊，那么该辊壳1可以被热处理，即被加热或被冷却。例如，辊1，2可以包括外围热处理管道，该管道轴向延伸穿过该辊壳1并且优选地在两个轴端开口。作为移置辊，它可能包含环绕该旋转轴R的环形间隙，该环形间隙作为形成在辊壳1和设置在辊壳1中的移置体之间的热处理管。该移置体可以直接包围具有该混合物4的中空空间，如在例子中所示的辊壳1。
图2示出了消除振荡的辊1，2的第二实施例，该辊与第一个实施例中的辊1，2唯一的不同在于其平衡腔。第二实施例中的平衡腔7包括刚性腔壁8、圆盘形的腔壁9和弹性褶皱的波纹管10。该褶皱波纹管10是金属弹簧波纹管。腔壁8包围腔壁9并为腔壁9形成沿着旋转轴R方向的直线导轨。此外，它也包围该褶皱波纹管10。该腔壁8是杯状的，优选地具有圆形的圆柱基座和完全环绕的侧壁，该侧壁从基座上凸出，与旋转轴R平行，并且引导该腔壁9。该腔壁8固定在其中一个耳轴法兰上；在该实施例中，其基座设置在法兰上。平衡腔和构成它的组件8至10优选地关于旋转轴R旋转对称。该褶皱波纹管10的底端固定到该腔壁8的杯沿，并且从那里向由腔壁8形成的杯中凸出。该腔壁9固定在该褶皱波纹管10的顶端。该腔壁8和该腔壁9一起形成活塞-气缸装置。腔7的主要部分由腔壁9和沿旋转轴R方向相对的腔壁8的基座之间的中空空间形成。在腔壁9的后面，如从腔壁8的基座所看见的，在腔壁8和褶皱波纹管10之间保留有二级腔。优选地，腔7和该二级腔相互连接，这样可以产生压力平衡。通过在腔壁8圆周固定防液体渗漏的褶皱波纹管10使该腔7相对该混合物4密封。该褶皱波纹管10的膨胀一方面被其恢复弹力所抵消，而另一方面被腔7中压力的相应增加所抵消，这能够补偿该中空空间3和该混合物4相对于彼此经历的体积变化。
图3示出了第三实施例中的辊1，2，在该辊中，辊壳1不像在第一和第二实施例中那样直接形成混合物4的容器壁，而是在辊的中央中空空间3中设置消除体。该消除体由容器11和完全填充该容器11的混合物4构成。该容器11是一个圆形的圆柱容器，其中圆柱壳稳固地置于该辊壳1上并且优选地以非锁紧方式(non-positive lock)直接刚性固定在该辊壳1的壳内表面。该圆形的圆柱容器11包括相对于其直径和长度来说较薄的壁。由容器11包围的中空空间的截面因此基本上和该辊的中空空间3的截面一致。然而，在旋转轴R的方向上测量得到的该辊的中空空间3的轴向长度，显著大于填充有混合物4的消除体4，11的中空空间的轴向长度。优选地，在该辊的中空空间3中，设置多个沿着旋转轴R彼此分隔，并被该辊壳1支撑的消除体4，11。通过在截面中轴向设置该混合物4，如可以被认识到的，利用一个或多个该消除体4，11，可以特别显著地影响辊的振荡特性，并且单独影响每个辊。分离的消除体4，11也特别适合于本来没有设置这种振荡消除辊的样式翻新。在一个改进中，仅通过将该容器11的盘状基座插入辊壳1中，作为前壁，容器11的壳就能被辊壳1代替。
图4示出了第四实施例中消除振荡的辊的横截面。该辊包括由薄的外层辊壳1和薄的内部空心圆柱体12组成的双层壁的辊体。该辊壳1和该圆柱体12通过两个与其它实施例的耳轴法兰2相对应的耳轴法兰彼此固定连接。该辊壳1和该圆柱体12也可以在轴长上的其它连接点彼此相互连接，但是这不是绝对必需的。
环形间隙被完全地填充有混合物4。该辊壳1和该圆柱体12从而连同两个耳轴法兰一起直接形成填充混合物的中空空间的容器壁。
在第五实施例中，图5示出了移置辊的横截面。该辊包含辊壳1和设置在该辊壳1之内并通过弹性支撑体14被弹性支撑并固定在辊1上的作为移置体的圆柱体13。辊壳1可以形成有外围热处理管道，如在第一、第二和第三实施例中那样。由位于该辊壳1和该圆柱体13之间的环形间隙所形成的中空空间被完全填充了该混合物4，如在第四实施例中那样。
图6示出了第六实施例中的辊，该辊与第五实施例的不同仅在于圆柱体15不是中空的圆柱体而是一个实心的圆柱体。
图7示出了第七实施例中的辊，包含辊壳1和设置在辊壳1中的中空圆柱体16。该圆柱体16填充有混合物4，即它在外侧上形成其容器壁。在该辊壳1和该圆柱体16之间的环形间隙保持空的状态，并且举例来说，如移置辊所公知的那样，热处理流体可以从其中流过。该圆柱体16居中设置在辊的内部，并通过刚性间隔物17与辊壁1刚性固定；它优选地为热缩入(shrunk)。
最后，图8示出了第八实施例中的辊的横截面，该辊与第七实施例中的辊的不同仅在于圆柱体16和保留在辊壳1和圆柱体16之间的环形间隙中都分别完全地填充有混合物4。代替将相同的混合物4填充入这两个中空空间中的每一个，即填充入圆柱体16的内部并填充入该环形间隙，这两个中空空间也可以完全地或部分地填充彼此不同的混合物，但是每个混合物在其类型上都与混合物4相一致。
在所有的实施例中，可以在填充有混合物4的中空空间中设置一个或多个平衡腔，例如，至少一个腔5和/或至少一个腔7。
权利要求
1.一种卷筒纸处理辊，包含至少一个中空空间，其特征在于，该中空空间至少部分地填充有混合物(4)，该混合物(4)由液体和至少一种在该液体中不能溶解的组合成分组成，该组合成分由固体微粒，优选为粒状固体，或者另一种液体构成。
2.根据权利要求1所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该混合物(4)呈柔软粘稠状。
3.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该混合物(4)处于压力载荷下。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该混合物(4)处于局部真空下。
5.根据前述两项权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，在该中空空间中引入流体管道，并且该混合物(4)能够通过该流体管道负载该压力载荷或该局部真空。
6.根据前述权利要求所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，在该中空空间中设置至少一个其体积可变的腔(5；7)。
7.根据前述权利要求所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该腔(5；7)包含柔性腔壁(6；10)。
8.根据前述权利要求所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该腔(5)为气泡。
9.根据权利要求6和7中的任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该腔(7)包含可移动的腔壁(9)。
10.根据前述权利要求所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该腔壁(9)是被装配的，优选的为被引导的，这样它可以利用另一个腔壁(8)移动。
11.根据前述五项权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该腔(7)由弹性波纹管(10)构成。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊(1，2)的旋转轴(R)延伸通过在居中形成的中空空间中的混合物(4)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该中空空间相对于旋转轴(R)旋转对称，或者该中空空间是一起形成中空空间旋转对称结构的多个中空空间中的一个中空空间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊(1，2)包含形成用于该混合物(4)的容器壁的辊壳(1)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊(1，2)包括辊壳(1)和被该辊壳(1)围绕的圆柱体(12；13；15；16)，并且其中该混合物(4)被设置在该辊壳(1)和该圆柱体(12；13；15；16)之间。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊(1，2)包括辊壳(1)和被该辊壳(1)围绕的圆柱体(16)，并且其中该混合物(4)被设置在该圆柱体(16)中。
17.根据前述两项权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该圆柱体(12；13；15；16)形成用于该混合物(4)的容器壁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊包含辊壳(1)和被该辊壳(1)围绕的圆柱体(16)，并且其中该混合物(4)被设置在该辊壳(1)和该圆柱体(16)之间，而另一种要求类型的混合物(4)被设置在圆柱体(16)中。
19.根据前述四项权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，该辊是移置类型的辊并且由移置体形成该圆柱体(13；15；16)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，至少一个形成该中空空间的容器(11)被设置在该辊(1，2)中。
21.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒纸处理辊，其特征在于，至少一个用于引导加热或冷却流体的热处理管道延伸穿过该辊(1，2)的辊体(1)并且开口在该轧辊体(1)的至少一个轴端，优选地在两个轴端。
全文摘要
一种卷筒纸处理辊(1，2)，包含至少一个中空空间(3)，其特征在于，该中空空间(3)至少被部分地填充有混合物(4)，该混合物(4)由液体和至少一种不溶于该液体的组合成分组成，该组合成分由优选为粒状固体的固体微粒，或另一种液体形成。
文档编号F16C13/00GK1894467SQ200480036974
公开日2007年1月10日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年12月12日
发明者玛里奥·维泊海希特, 海因斯·阿达姆斯, 费汉斯·费海斯 申请人:Shw铸造技术股份有限公司, Mfs机器制造股份有限公司