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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen einer Walze gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung
zum Erwärmen
einer Walze gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 5. Darüber
hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Umbauen
eines Erwärmungssystems
einer Walze gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 8.
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Bei
Papiermaschinen oder Pappemaschinen oder bei Finishing-Maschinen für Papier
oder Pappe werden sich drehende Walzen verwendet, um die Papierbahn
zu behandeln. Derartige Walzen werden insbesondere bei Kalandern
angewendet, bei denen eine lineare Last und/oder Wärme auf
die an der Walze vorbeitretende Bahn aufgebracht wird, um die Bahn
in einer erwünschten
Weise zu behandeln. Der Kalander kann entweder in der Papierproduktionslinie
angeordnet sein, wobei er in diesem Fall die von der Trockenpartie
der Papiermaschine kommende Bahn behandelt, oder er kann in einer
separaten Papierfinishing-Maschine
angeordnet sein, wobei die behandelte Papierbahn von Rollen abgewickelt
wird. Andere Walzen, die die Bahn mittels Wärme und/oder Druck behandeln,
umfassen Walzen der Pressenpartie und Trocknungszylinder der Trockenpartie.
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Die
Kalanderwalze ist drehbar in dem Rahmen des Kalanders in einer derartigen
Weise angeordnet, dass sie einen sogenannten Kalanderspalt mit der
sich bewegenden Fläche
eines Gegenelementes ausbildet, wobei die zu behandelnde Papierbahn
durch diesen Spalt geführt
wird. Das Gegenelement an der anderen Seite des Spaltes kann eine
andere sich drehende Kalanderwalze sein, aber auch ein fortlaufender
Riemen, der über
eine Walze oder eine ortsfeste Stützfläche tritt. In der einfachsten Form
kann der Kalander aus einem Spalt ausgebildet sein, jedoch kann
er auch aus zwei oder mehr Spalten bestehen, die jeweils zwischen
einer Kalanderwalze und einem gegenüberstehenden, sich bewegenden
Element ausgebildet sein können.
Um aufeinander folgende Spalte in der Laufrichtung der Bahn zu erzeugen,
können
die Paare aus einer Kalanderwalze und einem Gegenelement separate
Einheiten in dem Rahmen des Kalanders sein oder ein sog. Walzenstapel
kann aus den Kalanderwalzen ausgebildet sein, wobei die Bahn entlang
einer sich windenden Bahn über
die zwischen den Walzen ausgebildeten Spalte läuft.
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Der
Kalanderspalt kann zwischen zwei harten Flächen, bspw. zwischen zwei mit
glatten Seiten versehenen Metallwalzen oder zwischen einer harten und
einer weichen Fläche
ausgebildet sein, wobei die letztgenannte Variante üblicherweise
durch eine weiche Abdeckung an einer Metallseitenwalze oder mittels
eines elastischen Riemens, der über
die Walze tritt, oder eines ortsfesten Schuhelements erzielt wird.
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Bei
all den vorstehend genannten Lösungen wird
ein Erwärmen
einer mit einer Metallbedeckung versehenen Walze bewirkt und es
gibt viele Alternativen zum Erwärmen
der Walze wie bspw. ein in das Innere der Walze zugeführtes Erwärmungsmedium, Strahlungserwärmen mittels
Erwärmungselementen außerhalb
oder innerhalb der Walze oder ein Induktionserwärmen mittels eines magnetischen
Feldes mit Induktionsspulen, die innerhalb oder außerhalb
der Walze angeordnet sind.
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Beispiele
eines Induktionserwärmens
sind bspw. in der Druckschrift FI 71 375 und in der entsprechenden
Druckschrift
US 4 614
565 A , der Druckschrift FI 74 825 und der entsprechenden Druckschrift
US 4 384 514 B1 und
in der Druckschrift
EP
0 196 264 A2 offenbart. Diese Veröffentlichungen offenbaren ein
Induktionserwärmen
mittels elektromagnetischer Spulen, d.h. Induktionsspulen, die außerhalb
des Mantels der Walze angeordnet sind. Es ist ebenfalls möglich, das
Erwärmen
auszuführen,
indem jede Walze separat gesteuert wird, wobei ein Temperaturprofil
erzielt werden kann, durch welches es möglich ist, das Spaltprofil
durch thermische Expansion des Metalls zu beeinflussen. Die Druckschrift
US 4 384 514 B1 zeigt
in zwei Reihen angeordnete Spulen, die in einer gestaffelten Beziehung so angeordnet
sind, dass ihre Einflussbereiche die erwärmte Breite des Walzenmantels
abdecken, um das Erwärmen
in einer profilierten Weise auszuführen, indem jede Spule separat
eingestellt wird.
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Eine
Induktionsheizeinrichtung, die innerhalb einer sich drehenden Walze
angeordnet ist und ein magnetisches Feld auf den Mantel der Walze
ausübt, ist
wiederum in den Druckschriften
US 4 425 489 A ,
US 5 075 019 A und
US 5 895 598 A offenbart.
Die sich in der Induktionsheizeinrichtung befindlichen elektromagnetischen
Spulen können
unabhängig
gesteuert werden, um das Induktionserwärmen in einer profilierten
Weise auszuführen.
Die Druckschrift
US
5 074 019 A zeigt eine Lösung, bei der der Mantel der Walze
durch Induktionsheizeinrichtungen sowohl innerhalb als auch außerhalb
erwärmt
wird und das Ziel ist es, somit ein Erwärmen vorzusehen, das so gleichmäßig wie
möglich
ist, und eine ungleichmäßige Oberflächentemperatur
der Walze zu vermeiden (Spalte 5, Zeilen 67 bis 68 der Veröffentlichung).
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Darüber hinaus
offenbaren die Druckschrift
US
6 289 797 A und die entsprechende Druckschrift
DE 19 911 963 A1 die
Möglichkeit
eines Anordnens von zonenweise gesteuerten Induktionsspulen innerhalb
einer polymerbeschichteten Kalanderwalze.
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Die
Druckschrift
EP 0 277
905 A2 offenbart eine externe Nichtprofilier-Induktionsheizeinrichtung in
Verbindung mit einer Kalanderwalze, die ein Innenerwärmungsmedium
hat.
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Die
Druckschrift
DE 689
23 898 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und
5. Die Vorrichtung weist eine neben einer Walze angeordnete Profilier-Induktionsheizeinrichtung
auf, wobei mittels dieser Profilierinduktionsheizeinrichtung ein
Profilierinduktionswärmen
erzielt wird.
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Somit
werden elektromagnetische Spulen, d.h. Induktionsspulen, im Allgemeinen
für das
Erwärmen
der Außenfläche von
sich drehenden Walzen bei einer Papiermaschine oder Finishing-Maschine für Papier
bis zu einer feststehenden Temperatur verwendet, indem Wirbelströme in dem
Mantel der Walze mittels Induktion erzeugt werden, wobei die Wirbelströme den Mantel
der Walze in einer derartigen Weise erwärmen, dass die Außenfläche des
Mantels, die mit der Bahn in Kontakt steht, eine vorbestimmte Temperatur
erreicht.
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Somit
ist es bekannt, Induktionsheizeinrichtungen zum Erwärmen von
Kalanderwalzen in einer derartigen Weise anzuwenden, dass als ein
Ergebnis einer örtlich
eingestellten thermischen Expansion des Mantels der Walze das erwünschte Spaltprofil und
dadurch die Einstellung des Dickenprofils des durch den Spalt tretenden
Papiers angestrebt wird. Profilierinduktionsheizeinrichtungen, die
bspw. in den vorstehend erwähnten
Veröffentlichungen
offenbart sind, sind ebenfalls gut bekannt. Darüber hinaus ist es bekannt,
derartige Induktionsheizeinrichtungen zum Profiliererwärmen von
Kalanderwalzen anzuwenden, die mit einem internen Erwärmungsmedium ausgestattet
sind.
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Bei
Kalandern und bei anderen möglichen Objekten
bei einer Papiermaschine oder Pappmaschine oder einer Finishing-Maschine
für Papier
oder Pappe, bei der ein Anwenden eines Induktionserwärmens der
Walze möglich
ist, besteht ein Mangel an Raum aufgrund des kompakten Aufbaus und
der Anordnung und der Vielfalt an Hilfsvorrichtungen, die bei dem
Prozess erforderlich sind. Daher ist es von außerordentlicher Bedeutung,
dass die Profilierinduktionsheizeinrichtung hauptsächlich sehr
kompakt konstruiert werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Erwärmen einer
Walze und ein Verfahren zum Umbauen einer Vorrichtung zum Erwärmen einer
Walze zu schaffen, die es ermöglichen,
dass die Walze effektiv erwärmt werden
kann mit Mitteln, die wenig Raum einnehmen.
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Im
Hinblick auf das Verfahren ist diese Aufgabe hauptsächlich durch
den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
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Das
Basiserwärmen
der Walze wird durch ein unprofiliertes Erwärmen der Walze bewirkt. Zusätzlich dazu
wird die gleiche Walze einem Profilierinduktionserwärmen unterworfen.
Bei einer Kalanderanwendung kann dieses Profiliererwärmen mit
einer automatischen Kalibriereinstellung gekuppelt sein (Einstellung
des Spaltprofils). Bislang ist das Profilierinduktionserwärmen auch
für das
Basiserwärmen
verwendet worden, wobei es erforderlich gewesen ist, die Profilierinduktionsheizeinrichtung
groß zu
gestalten.
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Andere
bevorzugte Ausführungsbeispiele sind
in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 4 aufgezeigt.
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Im
Hinblick auf die Vorrichtung ist diese Aufgabe hauptsächlich durch
den kennzeichnenden Teil von Anspruch 5 gelöst.
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Die
abhängigen
Ansprüche
6 und 7 zeigen andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung weist sowohl eine Nichtprofilierheizeinrichtung außerhalb
der Walze, wobei diese Heizeinrichtung ein gleichmäßiges Basiserwärmen der
Walze erzielt, als auch eine Profilierinduktionsheizeinrichtung
auf. Die beiden Heizeinrichtungen sind vorzugsweise außerhalb
der Walze hintereinander in der Drehrichtung der Walze angeordnet.
Jede Heizeinrichtung kann separat gesteuert und eingestellt werden.
Die zu steuernde/einzustellende Hauptvariable für die Nichtprofilierheizeinrichtung
ist ein vorgegebener Erwärmungseffekt
und die zu steuernde/einzustellende Variable für die Profilierheizeinrichtung
ist ein vorgegebenes Temperaturprofil. Die Nichtprofilierheizeinrichtung
kann in dem gleichen kompakten Stützaufbau, bspw. ein Balkenaufbau, wie
die Profilierheizeinrichtung integriert werden.
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Die
Nichtprofilier-Gleichmäßigheizeinrichtung
ist vorzugsweise ebenfalls eine Induktionsheizeinrichtung. In dieser
Weise ist es möglich,
ein Erwärmen
mittels eines Wärmeübertragungsmediums,
wie bspw. heißes Öl, das Röhrenanordnungen
in dem Walzenaufbau erforderlich macht, vollständig zu beseitigen. In ähnlicher
Weise ist das Ausführen
der Einstellung und der Steuerung leichter, wenn die Erwärmungen
der Walze durch das gleiche Prinzip ausgeführt werden.
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Das
Verfahren zum Umbauen eines Systems zum Erwärmen einer Walze ist wiederum
hauptsächlich
durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 8 gekennzeichnet. Ein
Erwärmungssystem,
das bereits eine Profilierinduktionsheizeinrichtung aufweist, wird mit
einer Hilfs-Nichtprofilierheizeinrichtung versehen. Bei Bedarf ist
es ebenfalls möglich,
die Walze selbst auszutauschen, bspw. kann eine mit einer Zirkulation eines
Erwärmungsmediums
ausgerüstete
Walze durch eine Walze einer anderen Art ausgetauscht werden, die
keine Innenerwärmungsmediumkanäle enthält.
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Nachstehend
ist die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in Verbindung mit einer
erwärmten
Walze angeordnet ist.
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1 zeigt
die Vorrichtung in einer Ansicht von vorne, d.h. unter Betrachtung
in der Richtung des Radius der erwärmten Walze. Die Vorrichtung
weist einen länglichen
Stützaufbau 1 auf,
der sich in der Querrichtung der Bahn erstreckt, d.h. "ein Induktionserwärmungsbalken", an dem Induktionsspulen 2 mit gleicher
Größe bei feststehenden
Abständen
angeordnet sind. Die Induktionsspulen haben unter Betrachtung in
der axialen Ebene einen kreisartigen Querschnitt. Um die sich aus
den Abständen
zwischen den Spulen ergebenden Diskontinuitätsstellen auszugleichen, sind
die Spulen 2 in einer derartigen Weise versetzt angeordnet,
dass sie sich in zwei parallelen Reihen so befinden, dass die Spulen
in der zweiten Reihe zwischen den Spulen in der ersten Reihe positioniert
sind. Die Induktionsspulen 2 sind so angeordnet, dass ihre
Einflussbereiche einander teilweise überdecken.
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2 zeigt
die Vorrichtung gemäß 1 in einer
Seitenansicht, wobei sie in Verbindung mit einer sich drehenden
Walze 3 in einer Papiermaschine oder Pappmaschine oder
einer Finishing-Maschine für
Papier und Pappe positioniert ist. Der Stützaufbau 1 ist durch
gestichelte Linien gezeigt und er kann außerdem Schaltgehäuse für elektrische
Kupplungen der Induktionsspulen 2 enthalten. Wie dies aus 2 ersichtlich
ist, sind die Induktionsspulen 2 nahe zu der Oberfläche der
erwärmten
Walze 3 in einer derartigen Weise positioniert, dass nur
ein schmaler Luftspalt zwischen ihnen verbleibt. Die Induktionsspulen 2 sind
zu der Oberfläche
der Walze 3 so gerichtet, dass ihre Mittelachse mit dem
Radius der Walze übereinstimmt.
Somit sind die Induktionsheizeinrichtungen an verschiedenen Orten
in der Richtung des Umfangs der Walze unter verschiedenen Winkeln
in Bezug aufeinander positioniert. Wie dies aus 2 ersichtlich
ist, sind die Spulen schräg
in Bezug aufeinander in einer derartigen Weise angeordnet, dass
die Spulen in der zweiten Reihe teilweise zwischen den Spulen in
der ersten Reihe sitzen. Darüber
hinaus führen
ein Hauptkabel 1a zum Liefern von elektrischer Energie,
die bei dem Induktionserwärmen
erforderlich ist, und zum Verteilen derselben zu verschiedenen Induktionsspulen,
und Verbindungen 1b, 1c zum Liefern und Abgeben
eines Kühlmediums
wie bspw. Wasser, ebenfalls zu dem Stützaufbau 1. Gemäß einem
bekannten Prinzip wird die Walze 3 als ein Ergebnis der
in der Walze 3 induzierten Wirbelströme erwärmt, während sich die Walze dreht
und sich hinter der Induktionsheizeinrichtung bewegt.
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Die
an unterschiedlichen Stellen in der axialen Richtung der Walze angeordneten
Induktionsspulen 2 bilden eine Profilierinduktionsheizeinrichtung 5, durch
die die Walze 3 in einer Profilierweise erwärmt wird.
Anders ausgedrückt
schwankt der Erwärmungseffekt
in der axialen Richtung der Walze. In der Praxis kann dies ausgeführt werden,
indem die Leistung von verschiedenen Induktionsspulen 2 unabhängig eingestellt
wird.
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Zusätzlich zu
der Profilierinduktionsheizeinrichtung 5 weist die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung
eine Induktionsheizeinrichtung 4 auf, die sich an einer
anderen Position in der Drehrichtung der Walze 3 als die
Induktionsspulen 2 befindet, die das Profiliererwärmen erzielen.
Diese Induktionsheizeinrichtung 4 ist außerdem so
angeordnet, dass sie sich quer zu der Bahn erstreckt, und sie bewirkt
ein Erwärmen
gleichmäßig über die
gesamte Breite der Walze 3. Dies ist ein Basiserwärmen der
Walze 3, das durch ein Nichtprofilier-Induktionserwärmen ausgeführt wird. Es ist typisch von
diesem Erwärmen, dass
der Erwärmungseffekt
nicht von dem Ort der zu erwärmenden
Stelle in der axialen Richtung der Walze abhängig ist, wobei dies im Gegensatz
zu der durch die Induktionsspulen 2 ausgeführten Lösung steht.
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Die
Induktionsheizeinrichtung 4 wird verwendet, um das Basiserwärmen zu
liefern, um die Walze mit einer vorgegebenen Temperaturhöhe durch
den gemeinsamen Effekt der Profilierinduktionsheizeinrichtung 5 und
der Gleichmäßig-Heizeinrichtung 4 zu versehen.
Die Kombination ist für
solche Fälle
gut geeignet, bei denen die Oberflächentemperatur der Walze zumindest
an einigen Stellen 140° überschreitet.
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Die
Induktionsheizeinrichtung 4 ist vorzugsweise in dem gleichen
Stützaufbau
oder Induktionserwärmungsbalken
integriert, an dem die Induktionsspulen 2 der Profilierheizeinrichtung 5 angeordnet sind.
In dieser Weise kann eine kompakte Einheit verwirklicht werden,
bei der sowohl die Induktionsheizeinrichtung 4, die das
Basiserwärmen
vorsieht, und die Induktionsspulen 2, die das Profiliererwärmen vorsehen,
außerhalb
der Walze 3 nahe zu ihrer Oberfläche in einem Sektor von weniger
als 120° gemessen
entlang des Außenumfangs
der Walze angeordnet sind.
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Die
das gleichmäßige Erwärmen vorsehende
Induktionsheizeinrichtung 4 kann bspw. eine Stromleiterschleife
aufweisen, die in der axialen Richtung der Walze 3 angeordnet
ist und mit einer Stromquelle gekuppelt ist, wobei die Abzweigungen der
Leiterschleife in der axialen Richtung durch die Bezugszeichen 4a und 4b gezeigt
sind. Die Schleife ist mit einem Kühlmediumkreislauf, wie bspw.
ein Kreislauf für
Wasser ausgerüstet.
Sie kann bspw. ein Kupferleiter mit einem Innenkühlkanal sein. Aufgrund des
Aufbaus der Schleife ist der Erwärmungseffekt über die
gesamte Breite der Walze gleichmäßig. Ein hinter
der Schleife vorgesehener Reflektor, der das magnetische Feld besser
zu dem Mantel der Walze 3 richtet, ist mit dem Bezugszeichen 4c bezeichnet.
Es ist ebenfalls möglich,
andere Leiteraufbauarten anzuwenden.
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Durch
die vorliegende Erfindung ist es möglich, sowohl das eigentliche
Basiserwärmen
der Walze 3 oder das "Massenerwärmen" als auch das genaue
Temperaturprofilieren in einem kleinen Raum einzupassen. In bedeutender
Vorteil ist, dass die Induktionsspulen 2 der Profilierinduktionsheizeinrichtung 5 kleiner
gestaltet werden können,
da sie nicht für
das Basiserwärmen
der Walze verwendet werden müssen.
Aufgrund der Erfindung ist es ebenfalls möglich, die Profiliergenauigkeit
zu verbessern.
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Es
ist möglich,
eine Nichtprofilierinduktionsheizeinrichtung 4 später in Verbindung
mit einem Maschinenumbau in einem Kalander anzuordnen, der bereits
mit einem Profilierinduktionserwärmen ausgerüstet ist.
Die Nichtprofilierheizeinrichtung kann bspw. an dem gleichen Stützaufbau 1 montiert
werden, an dem die Profilierinduktionsspulen 2 montiert sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern sie kann innerhalb des Umfangs der durch die Ansprüche gezeigten
erfinderischen Idee abgewandelt werden. Zumindest das Profiliererwärmen wird durch
das Induktionsprinzip bewirkt. Bspw. ist es möglich, dass das Profiliererwärmen durch
separate Induktionsspulen 2 ausgeführt wird, wohingegen für das gleichmäßige Nichtprofilier-Erwärmen über die gesamte
Breite der Walze eine durch ein anderes Prinzip betriebene Heizeinrichtung
verwendet wird, wie bspw. eine Infrarotheizeinrichtung (IR-Heizeinrichtung)
oder eine Heizeinrichtung, die außerhalb der Walze angeordnet
ist und durch das Konvektionsprinzip bspw. durch heiße Luft
betrieben wird. Eine derartige Heizeinrichtung ist angeordnet, um eine
Wirkung über
die gesamte Breite der Walze in einer derartigen Weise auszuüben, dass,
wenn eine vorgegebene Leistung in die Heizeinrichtung eingegeben
wird, das durch die Heizeinrichtung in der Walze bewirkte Erwärmungsansprechen
nicht von dem Ort der zu erwärmenden
Stelle in der axialen Richtung der Walze abhängig ist. Eine derartige Nichtprofilierheizeinrichtung
kann außerdem
in dem gleichen Stützaufbau 1 wie
die Induktionsspulen 2 integriert sein. Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
werden beide Heizeinrichtungen 4 und 5 durch das
Induktionsprinzip betrieben.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
dass die Profilierinduktionsheizeinrichtung innerhalb der Walze angeordnet
ist, um den Walzenmantel von innen zu erwärmen, und die Nichtprofilier-Basisheizeinrichtung
außerhalb
der Walze angeordnet ist. Im Hinblick auf den Aufbau ist jedoch
die vorteilhafteste Lösung das
Anordnen der beiden Heizeinrichtungen außerhalb der Walze und nahe
zueinander, wie dies in den 1 und 2 gezeigt
ist.
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Die
in 2 gezeigte Walze 3 kann bspw. eine Kalanderwalze
sein, die einen Kalanderspalt mit einem Gegenelement, wie bspw.
eine andere Walze, bildet, wobei durch diesen Spalt die Papierbahn
oder Pappbahn tritt, damit diese kalendriert wird. Die Erfindung
ist jedoch keineswegs auf Kalander beschränkt, sondern sie kann bei einem
Induktionserwärmen, vorteilhaft
bei einem Profiliererwärmen,
vorzugsweise einem Profilierinduktionserwärmen von anderen derartigen
Walzen angewendet werden, die mit einer kontinuierlichen Bahn in
Kontakt gelangen, die in einer Papiermaschine oder Pappmaschine
oder Finishing-Maschine für
Papier oder Pappe läuft.
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Die
Vorrichtung zum Erwärmen
einer Walze bei einer Papier- oder Pappmaschine oder bei einer Finishing-Maschine
für Papier
oder Pappe weist eine Profilierinduktionsheizeinrichtung 5,
die so eingerichtet ist, dass sie eine Walze 3 mit einer
Energie unabhängig
von dem Ort der zu erwärmenden
Stelle in der axialen Richtung der Walze erwärmt, und eine Nichtprofilier-Induktionsheizeinrichtung 4 auf,
die zum Vorsehen eines Basiserwärmens
so eingerichtet ist, dass sie die gleiche Walze 3 mit einer
Erwärmungsenergie
erwärmt,
die im Wesentlichen über
die Breite der Walze 3 gleichmäßig ist. Die Profilierinduktionsheizeinrichtung 5 und
die Nichtprofilier-Induktionsheizeinrichtung 4 sind
an dem gleichen Stützaufbau 1 außerhalb
der Walze 3 angeordnet. Die Walze 3 ist eine Kalanderwalze.