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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schuhpressen zum Aufbringen
von Druck auf eine laufende Bahn aus Papier, Karton oder dergleichen. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schuhpresse von
der Art, die eine Abstützung
hat, die einen Pressschuh benachbart zu einem zylindrischen Verstärkungselement
derart abstützt, dass
der Pressschuh und ein Verstärkungselement einen
verlängerten
Spalt dazwischen ausbilden, und die eine hydraulische Vorrichtung
zum Drängen
des Pressschuhs in Richtung des Verstärkungselements hat, um Druck
auf die durch den Spalt laufende Bahn aufzubringen. Die Schuhpresse
der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als eine Entwässerungspresse
in der Pressenpartie einer Papier- oder Kartonmaschine, als ein Kalander
mit verlängertem Spalt
oder in einer Zellstoff- bzw. Seidenpapiermaschine verwendet werden,
in der das Verstärkungselement
durch einen Yankee-Trockner ausgebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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In
einer Papierherstellungsmaschine wird eine nasse Papierbahn oder
dergleichen von der Formungspartie der Maschine typischerweise durch
den Spalt einer Schuhpresse der vorangehend beschriebenen Art geführt, in
der die Bahn zwischen zwei Lagen eines saugfähigen Filzes oder dergleichen
zum Abführen
von Feuchtigkeit von der Bahn gepresst wird. Solche Schuhpressen
können
auch zu anderen Zwecken als einem Entwässern verwendet werden. Zum
Beispiel kann eine Schuhpresse als ein Kalander mit verlängertem
Spalt verwendet werden. In einem Kalander mit verlängertem
Spalt kann das Verstärkungselement
eine Walze sein, die mit einer Erwärmungseinrichtung versehen
ist, z.B. ein Induktionserhitzer oder innere Kanäle für erhitztes Öl. Wenn eine
Schuhpresse in einer Zellstoffmaschine verwendet wird, kann das
Verstärkungselement
ein Yankee-Trockner sein. Wenn eine Schuhpresse in der Pressenpartie
einer Papier- oder Kartonmaschine verwendet wird, um Wasser aus
einer nassen Bahn zu pressen, kann das Verstärkungselement zum Beispiel
eine durchbiegungsausgleichende Walze sein.
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Eine
der vorgefundenen Schwierigkeiten bei Schuhpressen ist eine Wärmeausdehnung
des Schuhs von einer Reibungserwärmung
des Schuhs durch das Band bzw. Gürtel,
der die Papierbahn durch die Presse führt, als auch von einem heißen Hydraulikfluid,
das zu verschiedenen Zwecken durch den Schuh zirkuliert. Eine Wärmeausdehnung
des Schuhs verursacht eine Ausdehnung des Schuhs in der Bearbeitungsquerrichtung.
Der Schuh wird typischerweise durch eine Hydraulikvorrichtung in
Richtung des Verstärkungselements
gedrängt.
Die Hydraulikvorrichtung kann durch eine Druckkammer ausgebildet
sein, die sich in der Bearbeitungsquerrichtung über die gesamte Länge des
Schuhs erstreckt. Die Druckkammer ist durch den Pressschuh an der
radialen Außenseite
der Kammer und einem Schuhbett unterhalb des Schuhs begrenzt, das
auf einem stationären
Abstützelement
der Schuhpressenwalze ruht. Solch eine Schuhpresse ist zum Beispiel
in
DE 44 02 595 offenbart.
Jedoch wird die Vielzahl der Schuhpressen, die derzeit hergestellt
werden, stattdessen mit einer Vielzahl von hydraulischen Zylindern
versehen, die sich in der Bearbeitungsquerrichtung in einer oder
mehreren Reihen erstrecken. In solch einer Schuhpresse müssen die
Hydraulikzylinder in der Lage sein, eine Wärmeausdehnung des Schuhs ohne
einen Schaden an den Zylindern und/oder dem Schuh zu ermöglichen.
Darüber hinaus
darf der Betrieb der Schuhpresse nicht gestört werden. In
US-Patent Nr. 6083352 ist eine Schuhpresse
offenbart, die eine Vielzahl von gelenkigen Hydraulikbelastungszylindern
aufweist, die in der Bearbeitungsquerrichtung entlang des Pressschuhs entfernt
beabstandet sind. Jeder Belastungszylinder hat ein Kolbenelement,
das innerhalb eines Zylinders angeordnet ist. Einer von dem Kolben
und Zylindern weist ein zweiteiliges Element auf, das ein erstes
Element, das relativ zu der Schuhpresse befestigt ist, und ein zweites
Element hat, das relativ zu der Abstützung befestigt ist und von
dem ersten Element beabstandet ist. Das andere von dem Kolben und
Zylindern weist ein Verbindungsstück auf, das sowohl das erste
als auch zweite Elements in Eingriff bringt. Das Verbindungsstück bringt
das erste bzw. zweite Element an Dichtungen in Eingriff, die es
dem Verbindungsstück
ermöglichen,
relativ zu dem ersten und zweiten Element um parallel zu der Bearbeitungsrichtung
verlaufende Achsen zu schwenken. Dadurch ermöglichen die gelenkigen Hydraulikbelastungszylinder
dem Pressschub, sich in der Bearbeitungsquerrichtung relativ zu
der Abstützung
zu bewegen.
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Für Schuhpressen
kann es auch ein Problem sein, dass die Hydraulikvorrichtung oder
Vorrichtungen, die zum Drängen
des Pressschuhs in Richtung eines Gegenbauteils verwendet werden,
mit Druck beaufschlagt werden können,
selbst wenn kein Verstärkungsbauteil
bzw. Verstärkungselement vorhanden
ist. In
US-Patent Nr. 5223100 ist
eine Schuhpresse offenbart, die ein Schuhbett mit einer Druckkammer
und einem Verbindungselement hat, das zwischen dem Schuhbett und
einer Seite des Pressschuhs angeordnet ist. Es sei gesagt, dass
das Verbindungselement die Schuhpresse zum Beispiel von einem ungewollten
Ausbrechen aus dem Schuhbett unter einem in der Druckkammer vorherrschenden Druck
oder unter der Gewichtskraft. Es sei angemerkt, dass das Verbindungselement
einen Hilfskolben aufweisen kann, der Teil einer zusätzlichen
Zylinder-Kolben-Einheit ist. Ein Zylinder der Einheit ist an die
Außenseite
des Schuhbetts festgemacht. Der Hilfskolben und der Kolben, der
an das Schuhbett befestigt ist, werden beschrieben, wie sie ein
Paar von Anschlagflächen
ausbilden, die den Hub des Pressschuhs begrenzen.
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WO-A-0198584 offenbart
eine Schuhpresse gemäß dem Oberbegriff
des vorliegenden Anspruchs 1.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schuhpresse
mit einer Vielzahl von hydraulischen Betätigungsgliedern vorzusehen,
die in der Bearbeitungsquerrichtung entfernt beabstandet sind, die
eine Wärmeausdehnung
des Schuhs in der Bearbeitungsquerrichtung ausgleichen kann und
gleichzeitig eine Druckbeaufschlagung der hydraulischen Betätigungsglieder
erlaubt, sogar wenn kein Verstärkungselement
vorhanden ist. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, eine
Schuhpresse vorzusehen, die leicht zusammenzusetzen ist und die
einen leichten Zugang für
Wartungszwecke ermöglicht.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden mit der Schuhpresse
gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schuhpresse zum Aufbringen
von Druck auf eine Faserstoffbahn. Die Schuhpresse weist einen konkaven
bzw. gewölbten
Pressschuh auf, der angepasst ist, um mit einem Verstärkungselement,
wie zum Beispiel einer durchbiegungsausgleichenden Walze oder einem
Yankee-Trockner,
derart nebeneinander gesetzt zu sein, dass die Bahn durch einen Spalt,
der dazwischen definiert ist, geführt werden kann. Der Pressschuh
erstreckt sich in einer Bearbeitungsquerrichtung im Wesentlichen
entlang einer vollen Breite der Bahn. Die Schuhpresse weist ferner eine
Abstützung
auf, die den Pressschuh abstützt. Die
Abstützung
kann zum Beispiel ein Gussbalken oder ein geschweißter Kastenbalken
bzw. -träger sein.
Eine Vielzahl von gelagerten bzw. gelenkigen Hydraulikbetätigungsgliedern
sind an der Abstützung angeordnet
und in der Bearbeitungsquerrichtung entlang des Pressschuhs derart
beabstandet, dass der Pressschuh in einer Belastungsrichtung in
Richtung des Verstärkungselements
zum Aufbringen eines Drucks auf die Bahn bewegbar ist. Wenigstens
ein Betätigungsglied
hat einen ersten Zylinder, der mit dem Pressschuh verbunden ist,
z.B. relativ zu dem Pressschuh befestigt ist, einen zweiten Zylinder,
der damit verbunden ist, z.B. an die Abstützung befestigt, und ein Kolbenelement
mit einem ersten Ende, das innerhalb des ersten Zylinders empfangen
ist, und einem zweiten Ende, das innerhalb des zweiten Zylinders
empfangen ist. Die Kolbenenden haben konvexe kugelförmige Flächen und
die Zylinder haben Sitze mit konkaven kugelförmigen Flächen mit einer Krümmung, die
zu der Krümmung
der Kolbenenden korrespondieren kann. Es soll verstanden werden, dass
die Krümmung
der konvexen Flächen
gleich der Krümmung
der konkaven kugelförmigen Flächen sein
kann, aber die Krümmung
kann auch abweichen. Zum Beispiel kann der Radius der Krümmung der
konvexen Flächen
etwas kleiner sein als der Radius der Krümmung der konkaven Flächen.
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Der
Kolben bringt sowohl den ersten als auch zweiten Zylinder abdichtend
in Eingriff. Der erste Zylinder wird von dem zweiten Zylinder weg
gedrängt,
wenn das Betätigungsglied
mit Druck beaufschlagt wird. Die kugelförmigen Flächen der Kolbenenden ermöglichen
dem Kolben, um Achsen parallel zu der Bearbeitungsrichtung herum
zu schwenken. In diesem Kontext soll die Bearbeitungsrichtung als
die Hauptrichtung eines Durchlaufs der Bahn durch den Spalt verstanden
werden. Mit anderen Worten kann der Kolben relativ zu der Belastungsrichtung
der Betätigungsglieder
geneigt werden. Die konkaven kugelförmigen Flächen der Zylinder sind angeordnet/angepasst,
um in der Lage zu sein, mit den kugelförmigen Flächen der Kolbenenden zusammenzuarbeiten,
um die Kolbenenden an einem Verlassen der Zylinder zu hindern, aber
dem Kolben zu gestatten, relativ zu der Belastungsrichtung der Betätigungsglieder
geneigt zu werden, selbst bei einem vollen Hub, d. h., wenn die
Betätigungsglieder
an der Obergrenze ihres Hubs sind. Dies ermöglicht es dem Kolben, seine
Endposition zu erreichen, wenn der Kolben wegen der Wärmeausdehnung
des Schuhs geneigt ist, aber das Betätigungsglied kann immer noch
seine eigene Kraft aufgrund des Zusammenarbeitens von kugelförmigen Flächen der
Kolbenenden und der Zylindersitze aufnehmen. Die zusammenwirkenden
kugelförmigen
Flächen
der Kolbenenden und der Zylindersitze können die Kraft des Betätigungsgliedes über eine
größere Fläche verteilen
und verhindern dadurch Schaden an dem Betätigungsglied.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist der Kolben in zwei Teile aufgeteilt, die angepasst
sind, um miteinander verbunden oder getrennt zu werden.
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Vorteilhafterweise
hat jeder der gelagerten Zylinder einen ersten Zylinder, der mit
dem Pressschuh verbunden ist oder relativ dazu befestigt ist, einen
zweiten Zylinder, der relativ zu der Abstützung verbunden ist oder relativ
dazu befestigt ist, und ein Kolbenelement mit einem ersten Ende,
das in dem ersten Zylinder empfangen ist, und einem zweiten Ende,
das in dem zweiten Zylinder empfangen ist, wobei die Kolbenenden
konvexe kugelförmige
Flächen
haben und die Zylindersitze mit konkaven kugelförmigen Flächen mit einer Krümmung haben,
die im Wesentlichen der Krümmung
der Kolbenenden entspricht, sodass die Kolben in der Lage sind,
um Achsen parallel zu der Bearbeitungsrichtung herum zu schwenken,
aber Kolben am Verlassen der Zylinder zu hindern.
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Vorzugsweise
ist/sind der/die Kolben mit einem Durchgangsloch derart versehen,
dass der/die erste/ersten Zylinder in einer Fluidverbindung mit dem/den
zweiten Zylinder/Zylindern ist/sind.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung hat der zweite Zylinder einen gezackten äußeren Umfang.
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Der
zweite Zylinder kann in einen sperrenden Eingriff mit der Abstützung gedreht
werden, sodass der gezackte äußere Umfang
des zweiten Zylinders sich an einem unteren Ende des zweiten Zylinders
benachbart zu der Abstützung
befindet. Ein Verschluss kann dann entfernbar an die Abstützung gesichert
sein, sodass er mit dem gezackten äußeren Umfang eingreift, um
eine Drehung des zweiten Zylinders relativ zu der Abstützung zu
verhindern.
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In
vorteilhaften Ausführungsformen
kann jeder der ersten und zweiten Zylinder einen inneren Zylinderteil
und einen äußeren Zylinderteil
haben, die lösbar
aneinander gesichert sind. Die konkave kugelförmige Fläche von wenigstens einem Zylinder
befindet sich an einem Teil des äußeren Zylinders.
Vorzugsweise befindet sich die konkave kugelförmige Fläche jedes Zylinders auf einem
Teil des äußeren Zylinders.
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Vorzugsweise
kann wenigstens einer der Zylinder mit einer Lüftungsöffnung versehen sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Schuhpresse zum Nasspressen.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Schuhpresse, die als ein Kalander
verwendet wird.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Schuhpresse in einer Zellstoffmaschine,
in der das Verstärkungselement
ein Yankee-Trockner ist.
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4a ist
ein Querschnitt eines zerlegten Hydraulikbetätigungsglieds für eine Schuhpresse.
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4b ist
eine Explosionsdarstellung eines hydraulischen Betätigungsglieds
für eine
Schuhpresse.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die das Hydraulikbetätigungsglied
von 4a und 4b zeigt,
nachdem es zusammengebaut wurde.
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6 ist
eine Querschnittsansicht des zusammengebauten Hydraulikbetätigungsglieds.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die 6 entspricht,
aber nur einige der Teile des Betätigungsglieds zeigt.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die 6 entspricht,
allerdings mit dem hydraulischen Betätigungsglied, das an der Obergrenze
seines Hubs gezeigt ist.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die 8 entspricht
und zusätzlich
den Effekt einer Wärmeausdehnung
des Schuhs darstellt.
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10 zeigt
im Querschnitt eine alternative Ausführungsform des hydraulischen
Betätigungsglieds.
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11a ist eine perspektivische Ansicht eines Verschlusses
zum Sichern eines Zylinders.
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11b zeigt den Verschluss von 11a in einer Position, in der er einen Zylinder
gegen Rotation sperrt.
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12 zeigt
eine erfindungsgemäße Schuhpresse
im Betrieb.
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13 ist
eine schematische Darstellung einer Schuhpresse, in der die Betätigungsglieder
in zwei Reihen platziert sind, die in der Bearbeitungsrichtung voneinander
entfernt sind.
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14 ist
eine Draufsicht einer Schuhpresse, die eine mögliche Ausführungsform zeigt, in der ein
Zapfen an der stromabwärtigen
Kante des Schuhs zum Einschränken
einer Bewegung des Schuhs verwendet wird.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schuhpresse 1 zum
Aufbringen eines Drucks auf eine Faserstoffbahn W. Mit Bezug auf 1 weist die Schuhpresse 1 einen
konkaven Pressschuh 2 auf, der angepasst ist, um mit einem
Verstärkungselement 6 derart
nebeneinander gesetzt zu sein, dass die Bahn W durch einen Spalt
N, der dazwischen definiert ist, geführt werden kann. Es soll verstanden werden,
dass sich der Pressschuh 2 in einer Bearbeitungsquerrichtung
(siehe 12) entlang einer im Wesentlichen
vollen Breite der Bahn erstreckt. Die Schuhpresse 1 weist
ferner eine Abstützung 4 auf, die
den Pressschuh 2 abstützt.
Die Abstützung 4 kann
aus einem Gussbalken sein, wie zum Beispiel einem Guss-I-Träger. Die
Abstützung 4 kann
auch ein geschweißter
Kastenbalken 4 sein. Der Pressschuh 2 ist in einer
Belastungsrichtung in Richtung des Verstärkungselements 6 zum
Aufbringen eines Drucks auf die Bahn bewegbar. Zum Bewegen des Pressschuhs 2 in
Richtung des Verstärkungselements 6 weist
die Schuhpresse eine Vielzahl von gelagerten bzw. gelenkigen hydraulischen
Betätigungsgliedern 5 auf,
die in der Bearbeitungsquerrichtung entlang des Pressschuhs 2 beabstandet
sind. Die Betätigungsglieder 5 bilden
daher eine Reihe, die sich in der Bearbeitungsquerrichtung erstreckt.
Es soll verstanden werden, dass die Schuhpresse mehr als eine Reihe
von Betätigungsgliedern 5 aufweisen könnte. In 13 sind
zwei Reihen von Betätigungsgliedern 5 angezeigt,
wobei die zwei Reihen in der Bearbeitungsrichtung entfernt beabstandet
sind. Ein drehbarer, flexibler Mantel 3 windet sich um
die Abstützung 4 und
den Pressschuh 2. Der Mantel 3 (oft als Gürtel bezeichnet)
ist typischerweise aus Polyurethan hergestellt, aber auch andere
Materialien können
in Betracht gezogen werden. Die Enden des Mantels 3 sind
an Endwände 8 mit
Lagern 33 gesichert, die den Endwänden 8 und dem Mantel 3 erlauben
sich zu drehen. Die konkave Fläche
des Pressschuhs 2 wird typischerweise mit Öl geschmiert.
In 1 ist die Schuhpresse 1 eine Nasspresse
zum Entwässern
einer Faserstoffbahn W in der Presspartie einer Papier- oder Kartonmaschine.
In 1 ist die Bahn W zwischen ein Paar von Wasser
aufnehmenden Filzen F gelegt gezeigt. Für solch eine Anwendung kann
die Breite in der Bearbeitungsrichtung (MD) eines Schuhs 2 typischerweise
ungefähr 200-300
mm sein. Die Breite des Schuhs 2 in Bearbeitungsquerrichtung
kann typischerweise 3-10 m sein, allerdings können einige Schuhpressen breiter als
10 m sein. In einigen besonderen Anwendungen, zum Beispiel Pilotmaschinen
kann der Schuh 2 eine Breite von weniger als 3 m haben.
Die Schuhpresse 1 der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls
als ein Kalander mit verlängertem
Spalt verwendet werden. 2 zeigt eine Kalanderkonfiguration,
in der die Bahn W durch den Spalt N ohne einen Filz geführt wird.
In der Kalanderkonfiguration ist das Verstärkungselement 6 eine
Walze 6, die durch ein Heizgerät 7 erwärmt wird,
zum Beispiel ein Induktionsheizgerät 7. Für Kalanderanwendungen
kann die Schuhbreite in der Bearbeitungsrichtung ungefähr 50-70 mm
sein. 3 zeigt eine noch andere Konfiguration, in der
die Schuhpresse einen Teil einer Zellstoffmaschine ausbildet und
das Verstärkungselement 6 ein
Yankee-Trockner 6 ist. In der in der 3 gezeigten
Konfiguration wird die Bahn W auf der unteren Seite eines Filzes
F zu dem Spalt N geführt,
wo die Bahn über
die Oberfläche
des Yankee-Trockners 6 geführt wird,
von dem sie durch eine Rakel bzw. ein Streichmesser 9 gekreppt
wird. In dieser Art von Anwendung kann die MD-Breite des Schuhs 2 ungefähr 100-200 mm sein.
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Wenn
eine Schuhpresse zum Aufbringen eines Drucks auf eine Bahn W verwendet
wird, wird Reibungswärme
zwischen dem flexiblen Mantel 3 und dem Schuh 2 erzeugt.
Eine Schmierung des Schuhs 2 und der Innenfläche des
Gürtels oder
Mantels 3 wird verwendet, um Reibung zu reduzieren, allerdings
kann Reibung nicht gänzlich
beseitigt werden. Der Schuh 2 ist oftmals aus Stahl oder
Aluminium hergestellt und wird sich in der Bearbeitungsquerrichtung
ausdehnen, wenn er aufgrund von Reibung erwärmt wird. Die hydraulischen
Betätigungsglieder 5 müssen in
der Lage sein, diese Ausdehnung zu adsorbieren.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf 6-9 erklärt. Wie
in 6 gesehen werden kann, hat wenigstens eines der
Betätigungsglieder 5 einen
ersten Zylinder 10, der mit dem Pressschuh 2 verbunden
ist, zum Beispiel relativ zu dem Pressschuh 2 festgehalten
ist, und einen zweiten Zylinder 11, der mit der Abstützung 4 verbunden
ist oder relativ dazu befestigt ist. Ein Kolbenelement 12 hat
ein erstes Ende 13, das in dem ersten Zylinder 10 empfangen
ist, und ein zweites Ende 14, das in dem zweiten Zylinder 11 empfangen
ist. Die Kolbenenden 13, 14 haben konvexe kugelförmige Flächen 15a, 15b. Wie
am besten in 7 zu sehen ist, haben die Zylinder
Sitze 16a, 16b mit konkaven kugelförmigen Flächen 17a, 17b.
Die konkaven, kugelförmigen
Flächen 17a, 17b können eine
Krümmung
haben, die der Krümmung
der Kolbenenden 13, 14 entspricht. Vorteilhafterweise
ist die Krümmung
der Kolbenenden im Wesentlichen gleich der Krümmung der Zylindersitze. Jedoch
ist es ebenfalls möglich,
dass die Krümmung
der konkaven, kugelförmigen
Flächen 17a, 17b von
der Krümmung
der konvexen, kugelförmigen
Flächen
der Kolbenenden abweicht.
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Die
kugelförmigen
Kolbenflächen 15a, 15b der
Kolbenenden ermöglichen
dem Kolben 12, sich in dem ersten und zweiten Zylinder 10, 11 um
Achsen parallel zu der Bearbeitungsrichtung herum zu schwenken,
um eine Wärmeausdehnung
des Schuhs 2 in der Bearbeitungsquerrichtung auszugleichen.
Daher wird der Kolben 12 in einer Ebene senkrecht zu der
Bearbeitungsrichtung schwenken, wenn der Schuh einer Wärmeausdehnung
ausgesetzt wird. In diesem Kontext sollte der Ausdruck „Bearbeitungsrichtung" verstanden werden,
als die Richtung, in der die Faserstoffbahn den Spalt durchläuft. Deshalb
ist die „Bearbeitungsrichtung" nicht notwendigerweise horizontal,
obwohl dies sehr oft der Fall sein wird. Wenn der Kolben 12 um
die Achse parallel zu der Bearbeitungsrichtung schwenkt, heißt das,
dass er relativ zu der Belastungsrichtung der Schuhpresse geneigt
werden wird.
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Die
sphärischen
bzw. kugelförmigen
Flächen 15a, 15b der
Kolbenenden sind angepasst, um mit den konkaven Flächen 17a, 17b der
Zylinder 10 und 11 zusammenzuwirken, um den Kolben 12 am
Verlassen der Zylinder 10 und 11 zu hindern, wenn
der Kolben 12 das Ende seines Hubs erreicht. Zur selben Zeit
erlauben die zusammenwirkenden sphärischen Flächen 15a, 15b, 17a und 17b dem
Kolben relativ zu der Belastungsrichtung der Betätigungsglieder geneigt zu werden,
selbst bei einem vollen (maximalen) Zylinderhub des Betätigungsglieds 5,
wenn die sphärischen
Flächen 15a, 15b der
Kolben die sphärischen Flächen 17a, 17b der
Zylinder 10, 11 berühren. Falls der Kolben an seinen
Endpositionen geneigt ist, d. h. der Position eines maximalen Hubs,
wird die Kraft des Betätigungsglieds über die
sphärischen
Flächen 15a, 15b, 17a und 17b verteilt,
was das Risiko signifikant reduziert, dass der Kolben und/oder die
Zylinder Schaden erleiden werden, falls die Betätigungsglieder 5 mit
Druck beaufschlagt werden, wenn kein Verstärkungselement 6 vorhanden
ist.
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Vorzugsweise
hat jedes der gelagerten Betätigungsglieder 5 Zylinder 10, 11 mit
konkaven sphärischen
Flächen 17a, 17b und
einen Kolben 12 mit konvexen sphärischen Flächen 15a, 15b.
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Die
Komponenten des Aktuators bzw. Betätigungsglieds können im
Detail in 4a und 4b betrachtet
werden. Wie in 4a und 4b am besten
zu sehen ist, kann der Kolben 12 zwei getrennte Teile 18, 19 aufweisen,
die angepasst sind, um miteinander verbunden zu werden, z.B. durch
ein aneinandergeschraubt Werden. Zum Beispiel kann ein Außengewinde
an dem unteren Kolbenabschnitt 19 von 4b mit
einem Innengewinde in dem oberen Kolbenteil 18 von 4b zusammenwirken.
In 6, 8, 9 und 10 sind
die Kolbenteile 18 und 19 miteinander verbunden
gezeigt. In 4a und 4b kann
außerdem
entnommen werden, dass der erste Zylinder 10 ein äußeres Zylinderteil 26a und
ein inneres Zylinderteil 25a aufweisen kann. Auf die gleiche
Art und Weise kann der zweite Zylinder 11 ein äußeres Zylinderteil 26b und
ein inneres Zylinderteil 25b aufweisen. Die inneren Zylinderteile 25a und 25b können z.B.
durch ein Schrauben in die äußeren Zylinderteile 26a und 26b gesichert
werden. Deshalb können
die inneren Zylinderteile 25a und 25b ein äußeres Gewinde
haben, während
die äußeren Zylinderteile 26a und 26b ein
Innengewinde haben, das zu dem Gewinde der inneren Zylinderteile passt.
Der zweite Zylinder 11 kann an seinem Boden einen Zapfen
bzw. Stift 24 haben, der ein Außengewinde hat, das es dem
zweiten Zylinder 11 ermöglicht in
einem Gewindeloch in der Abstützung 4 gesichert zu
werden. Dichtungsringe 31, 32 sind für den Kolben 12 vorgesehen
und können
in Kanäle 34, 35 eingepasst
werden. Dichtungsringe 36, 37 können in
Kanäle 38, 39 eingepasst
werden, um eine Dichtung zwischen den inneren Zylinderteilen 25a und 25b und den äußeren Zylinderteilen 26a und 26b vorzusehen. In
der Ausführungsform,
die in 4a gezeigt ist, sind die konkaven,
sphärischen
Flächen 17a, 17b der Zylinder 10, 11 an
einem Stück
der inneren Zylinderteile 25a, 25b ausgebildet.
Wie zum Beispiel in 6 gezeigt ist, kann der erste
Zylinder 10 einen Stift bzw. Zapfen 50 haben,
der mit einem Loch in dem Schuh 2 in Eingriff gelangt,
um den ersten Zylinder an den Schuh 2 zu sichern. Es ist
möglich,
dass der erste Zylinder 10 an den Schuh auf solch eine
Art und Weise gesichert werden kann, dass er fest an dem Schuh 2 verriegelt
ist. Zum Beispiel kann er an den Schuh 2 geschraubt werden.
Jedoch ist es ebenfalls möglich und
manchmal wünschenswert,
dass der Zapfen bzw. Stift 50 nur den ersten Zylinder an
den Schuh 2 in der Bearbeitungsrichtung und der Bearbeitungsquerrichtung
sichert, aber dass der Schuh 2 einfach von dem Zapfen bzw.
Stift 50 (oder Stifte 50) und dadurch auch von
den Betätigungsgliedern 5 abgehoben
werden kann. Aus diesem Grund kann der Stift 50 eine gleichmäßige Oberfläche haben
und das Loch in dem Schuh 2, das den Stift 50 empfängt, kann
geringfügig
größer als
der Stift sein. Im Prinzip ist es möglich, sich ähnliche
Lösungen
für den
zweiten Zylinder 11 vorzustellen.
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Um
das in 4b gezeigte Betätigungsglied zusammenzusetzen,
wird der untere Kolbenteil 19 derart in das innere Zylinderteil 25b gesetzt,
dass die konvexe, sphärische
Fläche 15b des
Kolbenteils 19 der konkaven, sphärischen Fläche 17b des inneren Zylinderteils 25b zugewandt
ist. Der Dichtungsring 32 wurde bereits in den Kanal 35 des
Kolbenteils 19 platziert. Der Dichtungsring 36 ist
in dem Kanal 38 an der Bodenfläche des inneren Zylinderteils 25b eingepasst.
Der innere Zylinderteil 25b wird dann in den äußeren Zylinderteil 26b gesetzt
und an den äußeren Zylinderteil 26b z.B.
durch Schrauben gesichert. Auf dieselbe Art und Weise kann der obere
Kolbenteil 18 in den oberen inneren Zylinderteil 25a gesetzt
werden mit der konvexen, sphärischen
Fläche 15a,
die der konkaven, sphärischen
Fläche 17 des
oberen inneren Zylinderteils 25a zugewandt ist (der Ausdruck „oberen" bezieht sich nur
auf das, was der „obere" Teil in der Figur
ist). Mit dem Dichtungsring 37 an der Stelle in dem Kanal 39 kann
dann der innere Zylinderteil 25a in dem äußeren Zylinderteil 26a platziert werden
und an dem äußeren Zylinderteil 26a gesichert
werden. Entweder bevor oder nachdem der innere Zylinderteil 25a in
dem äußeren Zylinderteil 26b platziert
ist, werden die Kolbenteile 18, 19 miteinander
verbunden. Das zusammengesetzte Betätigungsglied 5 ist
in einer Perspektive in 5 gezeigt.
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Vorzugsweise
ist der Kolben 12 mit einem Durchgangsloch 20 versehen,
so dass der erste Zylinder 10 in Fluidverbindung mit dem
zweiten Zylinder 11 steht. Wie in 8 zu sehen
ist, ist eine erste Arbeitskammer 40 durch den Kolben 12 und
den ersten Zylinder 10 definiert. Eine zweite Arbeitskammer 41 ist
durch den Kolben 12 und den zweiten Zylinder 11 definiert.
Das Durchgangsloch 20 ermöglicht eine Fluidverbindung
zwischen den Arbeitskammern 40 und 41. Hydraulikflüssigkeit
(zum Beispiel Hydrauliköl)
kann durch den Kanal 42 zugeführt werden, um die Arbeitskammern 40 und 41 mit
Druck zu beaufschlagen. Es soll verstanden werden, dass in einigen Ausführungsformen
die Arbeitskammern 40 und 41 unabhängig voneinander
mit Druck beaufschlagt werden könnten.
In solchen Ausführungsformen
würde der
Kolben 12 kein Durchgangsloch 20 haben.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Schuhpresse
wird nun mit Bezug auf 6, 8, 9 und 12 erläutert. 6 stellt
eine Situation dar, in der das Betätigungsglied 5 nicht
oder nur geringfügig
mit Druck beaufschlagt ist. Der erste Zylinder 10 ist ruhend
auf dem zweiten Zylinder 11 gezeigt. Die konvexen sphärischen
Flächen 15a, 15b des
Kolbens 12 sind nicht in Kontakt mit den konkaven sphärischen
Flächen 17a, 17b der
Zylinder. 8 stellt eine Situation dar,
in der die Arbeitskammern 40, 41 des Betätigungsglieds 5 mit
Druck beaufschlagt wurden, z.B. durch den Kanal 42. Die
Zylinder 10, 11 wurden voneinander getrennt und
die konvexen sphärischen
Flächen 15a, 15b des
Kolbens 12 haben die konkaven sphärischen Flächen 17a, 17b der
Zylinder 10, 11 erreicht. Dies verhindert eine
weitere Bewegung des Kolbens 12 relativ zu den Zylindern 10, 11.
Daher, falls die Betätigungsglieder 5 in
einer Situation mit Druck beaufschlagt wurden, wo kein Verstärkungselement 6 vorhanden
ist, wird dies die Betätigungsglieder
nicht veranlassen, auseinander zu fallen. Es soll verstanden werden,
dass, während
eines normalen Betriebs, der Kolben 12 nicht notwendigerweise
die in 8 gezeigte Position erreichen wird, in der der
Kolben seinen maximalen Hub erreicht hat. 9 stellt
eine Situation dar, in der die Betätigungsglieder 5,
wie in 8, bei einem maximalen Hub ausgefahren sind und
in der der konkave Schuh sich in der Bearbeitungsquerrichtung infolge
einer Reibungswärme
ausgedehnt hat, die während
eines Betriebs der Schuhpresse erzeugt wird. Die Ausdehnung des
Schuhs bedeutet, dass ein Betätigungsglied 5 in
der Lage sein muss, eine Elongation bzw. Dehnung e, wie in 9 gezeigt
ist, in einer Bearbeitungsquerrichtung zu absorbieren. Dies ist
möglich,
da die sphärischen
Flächen 15a, 15b des Kolbens 12 mit
den sphärischen
Flächen 17a, 17b der
Zylinder 10, 11 zusammenwirken können. Deshalb
kann der Kolben 12 um eine Achse parallel zu der Bearbeitungsrichtung,
wie in 9 angezeigt ist, schwenken und wird dadurch relativ
zu der Belastungsrichtung des Schuhs geneigt. Wie in 12 angezeigt
ist, haben Betätigungsglieder 5 auf
die Elongation bzw. Verlängerung
des Schuhs entlang der Bearbeitungsquerrichtung des Schuhs 2 reagiert. Das
Betätigungsglied
oder Betätigungsglieder 5 an der
Mitte des Schuhs haben wenig oder gar nicht reagiert, während die
Betätigungsglieder
an den Rändern
eine relativ große
Elongation bzw. Verlängerung absorbiert
haben.
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Mit
Bezug auf
14 kann die Schuhpresse eine
stromabwärtige
Abstützung
43 für den Schuh
2 aufweisen,
um Kräfte
in der Bearbeitungsrichtung zu absorbieren. In
14 ist
es angedeutet, dass die stromabwärtige
Abstützung
43 einen
Schlitz bzw. Aussparung
44 haben kann, der sich in der
Belastungsrichtung erstreckt, während
ein Zapfen bzw. Stift
45 sich an einem mittleren Punkt
der Breite des Schuhs befinden kann, um mit dem Schlitz
44 in
Eingriff zu gelangen. Alternativ kann sich der Schlitz in dem Schuh
2 befinden.
Auf diese Art und Weise steht es dem Schuh
2 frei, sich
in Richtung auf das Verstärkungselement
zu und davon weg zu bewegen, aber wird an einem Bewegen in der Bearbeitungsquerrichtung
gehindert, wie in
US-Patent Nr.
6083352 beschrieben ist. Demzufolge kommt eine Wärmeausdehnung
des Schuhs
2 in der Bearbeitungsquerrichtung nicht in einer
einzigen Richtung alleine vor, sondern kommt eher in entgegengesetzten
Richtungen auf beiden Seiten der Längsmittellinie des Schuhs auf.
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Es
soll verstanden werden, dass, während eines
normalen Betriebs, eine Wärmeausdehnung des
Schuhs 2 den Kolben 12 veranlassen wird, sich ohne
weiteres zu schwenken, bevor er seine volle Hublänge erreicht hat. Es soll außerdem verstanden werden,
dass, während
eines normalen Betriebs, der Kolben 12 möglicherweise
niemals seine volle Hublänge erreicht.
Die in 9 dargestellte Situation kann deshalb als eine
extreme bzw. außergewöhnliche
Situation verstanden werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
wird nun mit Bezug auf 10 erläutert werden. Wie mit Bezug
auf 4a und 4b erläutert ist,
kann jeder von den ersten und zweiten Zylindern 10, 11 einen
inneren Zylinderteil 25a, 25b und einen äußeren Zylinderteil 26a, 26b aufweisen,
die lösbar
aneinander gesichert sind. In der in 4a, 4b und 6-9 dargestellten
Ausführungsform
sind die konkaven sphärischen
Flächen
der Kolben 10, 11 an den inneren Zylinderteilen 25a, 25b.
Dies macht es notwendig, Dichtungsringe 36, 37 zwischen
den inneren Zylinderteilen 25a, 25b und den äußeren Zylinderteilen 26a, 26b zu
verwenden, wie in 8 und 9 gezeigt
ist. In der in 10 gezeigten Ausführungsform
wurden die konkaven, sphärischen
Flächen 17a, 17b an
den äußeren Zylinderteilen 26a, 26b ausgebildet.
In dieser Ausführungsform
können die
Dichtungsringe 36, 37 zwischen den inneren Zylinderteilen 25a, 25b und
den äußeren Zylinderteilen 26a, 26b entfernt
werden, da die Kontaktfläche
zwischen den Zylinderteilen nicht gefährdet ist, einem druckbeaufschlagten,
hydraulischen Fluid ausgesetzt zu sein. In dieser Ausführungsform
sollte die konkave sphärische
Fläche 17a, 17b von
wenigstens einem Zylinderteil an einem Teil des äußeren Zylinders 26 befinden.
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In 10 kann
außerdem
betrachtet werden, dass einer der Zylinder 10, 11 mit
einer Lüftungsöffnung 29 mit
einem entfernbaren Stopfen 30 versehen sein kann. Dies
kann auch bei der Ausführungsform
von 4-9 anwendbar
sein.
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Wie
zum Beispiel in 5 zu sehen ist, hat einer der
Zylinder 10, 11 einen gezackten äußeren Umfang 21.
In 5 ist es der zweite Zylinder 11, der einen
gezackten äußeren Umfang
hat, aber es soll verstanden werden, dass auch der erste Zylinder
einen gezackten äußeren Umfang
haben könnte.
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Während eines
Zusammenbaus der Schuhpresse 1 kann der gezackte äußere Umfang 21 des Zylinders 11 verwendet
werden, um eine gute Griffigkeit bzw. Haftung an dem Zylinder 11 zu
erreichen, wenn der Zylinder 11 an die Abstützung 4 gesichert bzw.
befestigt wird. Der Zylinder 11 ist typischerweise an die
Abstützung
oder den Abstützbalken 4 mit
Hilfe des Gewindezapfens 24 geschraubt. Während des Schraubvorgangs
macht es der gezackte äußere Umfang
einfacher, eine gute Griffigkeit bzw. Haftung an dem Zylinder 11 zu
erreichen.
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Nun
wird Bezug genommen auf 11a und 11b. Wenn der zweite Zylinder 11 erst
einmal in sperrenden Eingriff mit der Abstützung 4 (z.B. durch ein
Schrauben) gedreht worden ist, wird sich der gezackte äußere Umfang 21 des
zweiten Zylinders 11 an einem unteren Ende des zweiten
Zylinders 11 benachbart zu der Abstützung 4 befinden.
In 11b kann ersehen werden, dass ein Verschluss 22,
der entfernbar an die Abstützung 4 befestigt
ist, mit dem gezackten äußeren Umfang 21 in
Eingriff gelangt, um eine Drehung des zweiten Zylinders 11 relativ
zu der Abstützung 4 zu
verhindern. Der Verschluss 22 ist in einer Perspektive
in 11a gezeigt. Ein kleines Schraubloch (nicht gezeigt)
kann sich benachbart zu der Position des zweiten Zylinders 11 befinden. Wenn
der zweite Zylinder erst einmal an die Abstützung geschraubt worden ist,
wird der Verschluss 22 über
das kleine Schraubloch platziert, um mit dem gezackten äußeren Umfang 21 in
Eingriff zu gelangen. Der Verschluss 22 kann dann an die
Abstützung 4 geschraubt
werden, um den Zylinder 11 in Position zu halten.
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Die
Abmessungen der Betätigungsglieder hängen von
der speziellen Anwendung der Schuhpresse ab. In einer Nasspresse
ist der Schuh 2 in der Bearbeitungsrichtung relativ breit.
Bei einem gegebenen Spaltdruck muss die Linienlast entsprechend hoch
sein. Deshalb sind relativ große
Abmessungen erforderlich, wenn die Schuhpresse 1 als eine
Nasspresse verwendet wird. Wenn die Schuhpresse als ein Kalander
mit verlängertem
Spalt verwendet wird, d. h. ein Schuhkalander, ist die Linienlast
typischerweise niedriger und die Abmessungen der Betätigungsglieder
sind normalerweise kleiner.
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Die
Erfindung verleiht unter anderem den Vorteil, dass die Betätigungsglieder
ihre eigene Kraft verwenden können,
selbst bei einem maximalen Hub, und auch wenn die Kolben infolge
einer Wärmeausdehnung
des Schuhs geschwenkt sind. Die zusammenwirkenden sphärischen
Flächen
erhöhen
die Fähigkeit
der Betätigungsglieder,
deren eigene Kraft zu aufzunehmen. Der Erfinder hat herausgefunden, dass
das Design bzw. die Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung
dem Kolben erlaubt, zu einem Winkel von bis zu ungefähr 4° und möglicherweise
sogar mehr zu schwenken. Die Gefahr, dass die Kolben deren Zylinder
verlassen, falls die Betätigungsglieder
belastet werden, wenn kein Verstärkungselement
vorhanden ist, ist beseitigt.
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Falls
der Kolben in zwei Teile geteilt ist, wird dies den Vorteil verleihen,
dass ein Zusammenbau des Betätigungsglieds
einfacher wird. Wenn die Zylinder in äußere und innere Zylinderteile
geteilt werden, macht es dies außerdem einfacher, das Betätigungsglied
zusammenzusetzen und es mit dem Schuh und Abstützung zu verbinden.
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Die
Erfindung kann auch in Form eines Verfahrens zum Zusammenbau des
vorangehend beschriebenen hydraulischen Betätigungsglieds definiert werden.