DE3920176A1 - Walze und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem um einen drehfesten Träger rotierbaren und gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stützelement abgestützten Walzenmantel und wenigstens einer Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Walzenmantels.

Solche Walzen werden vorzugsweise zur Oberflächen­ behandlung von Warenbahnen, insbesondere Faserstoff­ material, z. B. Papier, Pappe, Non-wovens, Textil oder Kunststoff unter gleichzeitiger Druck- und Temperatur­ einwirkung verwendet. Eine besonders geeignete Verwendung ist die Glättung von Papierbahnen in Glättwerken oder Kalandern, wobei durch eine erhöhte Temperatur die Papierfasern leichter verformbar werden und unter Druckeinwirkung ein Glätt- und Glanzeffekt auf der Papieroberfläche erreichbar wird.

Durchbiegungsausgleichswalzen, bei denen der rotierende Walzenmantel gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stützelement abgestützt ist, beispielsweise mit wenigstens einer Druckkammer oder einer Reihe von hydraulischen oder anderen Stützelementen, haben sich als besonders geeignet erwiesen, eine gleichförmige oder mit einem gewünschten Profil einwirkende Anpreßkraft und einen gleichförmigen oder mit einem gewünschten Profil wirkenden Wärmeübergang von der Walzenoberfläche auf die Warenbahn zu erreichen.

Dies ist insbesondere bei grossen Walzenbreiten bis in den Bereich von 10 m, wie sie bei Papiermaschinen üblich sind, von Vorteil.

Beheizbare Durchbiegungsausgleichswalzen der eingangs genannten Art sind z. B. aus der US-A-42 82 638 bekannt. Bei diesen sind seitlich am Träger Düsen vorgesehen, aus welchen heißes Wärmeträgermedium auf die Walzenmantel-Innenseite gesprüht und der Walzenmantel dabei mittels Prallströmheizung aufgeheizt wird.

Aus der CH-A-5 77 598 oder US-A-42 82 639 sind andererseits Durchbiegungsausgleichswalzen mit einer Reihe von hydrostatischen Stützelementen bekannt, deren Lagerfläche Lagertaschen aufweist, die über einen Druckraum von Bohrungen im Träger mit einem erhitzten Hydraulikmedium versorgt werden. Dabei wird die Innenseite des Walzenmantels durch das heiße Hydraulikmittel auf eine vorgesehene Temperatur aufgeheizt.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Walzen, daß die Aufheizdauer der Walze auf die erforderliche Betriebstemperatur beim Anlauf des Glättwerkes oder Kalanders vielfach zu lang ist und teilweise mehrere Stunden benötigt. Außerdem treten in der Anlauf- oder Aufheizphase Ungleichmäßigkeiten auf, welche zum Platzen des Walzenmantels führen können und bisher nicht beseitigt werden konnten.

Weiterhin ist nachteilig, daß die mit diesen Walzen erzielbare Behandlungstemperatur an der Außen­ oberfläche der Walze begrenzt ist, da die im Walzen­ inneren erforderlichen Komponenten und das Heizöl nur bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze brauchbar sind. Zudem sind bei solchen Walzen die Energieverluste recht erheblich.

Statt die Walze von innen zu beheizen, wurde vorge­ schlagen, eine auf die Außenoberfläche einwirkende Außenheizung vorzusehen. Hierbei treten ebenfalls Ungleichmäßigkeiten auf, welche zur Zerstörung des Walzenmantels beim Aufheizen führen können. Besonders empfindlich haben sich hier die in Glättwerken und Kalandern gebräuchlichen Walzen mit Hartgußmänteln erwiesen, bei denen die Außenhaut sich bereits in einem bestinmten Spannungszustand befindet. Da die Aufheizung von außen in der Regel kurz vor dem Preßspalt erfolgt, treten sowohl beim Aufheizen mit langsamerer Drehzahl als auch im Betrieb mit höherer Drehzahl über den Walzenmantelumfang Temperatur­ schwankungen auf, die zu einer nachteiligen Temperaturwechselbeanspruchung führen und ebenfalls erhebliche Energieverluste zur Folge haben.

Analoge Nachteile treten auf, wenn das Glättwerk abgestellt und die Walzen beispielsweise zwecks Austausch oder Nachbearbeitung abgekühlt werden müssen. Auch hierfür ist eine erhebliche Zeit erforderlich und es besteht die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Walzenmantels bei Einwirkung eines Kühlmittels von innen oder von außen.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu eliminieren und insbesondere eine Walze der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Walze zu schaffen, bei welcher die Aufheizzeiten und Abkühlungszeiten verkürzt sind, bei dem die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Walzenmantels beim Aufheizen, während des Betriebes und beim Abkühlen vermindert ist, bei dem sich eine höhere Behandlungstemperatur der Warenbahn erreichen läßt, und bei dem die Energieverluste herabgesetzt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils wenigstens eine Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite des Walzenmantels und wenigstens eine Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur der Außenseite des Walzenmantels vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Walze so betrieben, daß die Einrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur derart gesteuert werden, daß die Temperatur der Innenseite des Walzenmantels sich von der Temperatur der Außenseite des Walzenmantels höchstens um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unterscheidet.

Zur Regelung der Temperatur der Innenseite und der Außenseite können jeweils Sensoren vorgesehen sein, die die jeweiligen Einrichtungen zur Temperatur­ beeinflussung ansteuern. Die zulässigen Temperatur­ differenzen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Walzenmantels können dabei während der Aufheiz-, Betriebs-, und Abkühlungsphase unterschiedlich gewählt sein.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Regeleinrichtung so eingerichtet sein, daß bei einer plötzlichen Temperaturänderung an der Außenseite, beispielsweise verursacht durch einen Bahnabriß, oder der Innenseite, beispielsweise infolge Defekt der Heizmittelzufuhr, das Glättwerk automatisch in die Abkühlungsphase übergeht.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert, wobei weitere Vorteile der Erfindung offenbart sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Walze im Querschnitt,

Fig. 2 Temperaturdiagramme des Walzenmantels beim Aufheizen, und

Fig. 3 Temperaturdiagramme des Walzenmantels im Betrieb.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Walzvorrichtung, beispielsweise einem Glättwerk für eine Papierbahn, übt eine Durchbiegungsausgleichswalze 2 zusammen mit einer Gegenwalze 3 auf die zwischen beiden Walzen hindurch­ laufende Warenbahn 1 eine Preßkraft aus.

Die Durchbiegungsausgleichswalze 2 kann beispielsweise gemäss US-A-38 02 044 ausgebildet sein und weist einen drehfesten Träger 4 und einen um diesen rotierbaren Walzenmantel 5 auf, der mit einer Reihe von axial nebeneinander angeordneten hydrostatischen Stütz­ elementen 6 gegen den Träger abgestützt ist. Diese Stützelemente weisen eine Kolben/Zylinder-Führung mit einem Druckraum 7 auf, welcher über eine Trägerbohrung 8 mit einem hydraulischen Druckmittel versorgt wird. Auf der Lagerfläche der Stützelemente 6 befinden sich Lagertaschen 9, welche mit Drosselbohrungen 10 vom Druckraum 7 mit Druckmittel versorgt werden und eine hydrostatische Lagerung des Walzenmantels 2 auf den Stützelementen 6 bewirken.

Die Zuleitung 11 von der Trägerbohrung 8 zum Druckraum 7 ist mittels einer Heizvorrichtung 12, beispielsweise einer elektrisch betriebenen Heizspule heizbar und bewirkt eine Aufheizung des hydraulischen Druckmittels, welches über den Druckraum 7 und die Drosselbohrungen 10 in die Lagertaschen 9 gelangt und die Innenseite i des Walzenmantels an der Stelle der Ebene B erhitzt. Andererseits ist außerhalb der Walze 2 eine Heiz­ vorrichtung 13 vorgesehen, welche die Außenseite a des Walzenmantels 5 ebenfalls aufheizt, beispielsweise mittels Strahlungsheizung. Damit wird erreicht, daß der Walzenmantel 5 sowohl von innen als auch von außen erhitzt wird und auf die für die Behandlung der Papierbahn erforderliche Temperatur gebracht und auf der Betriebstemperatur gehalten werden kann.

Es sei bemerkt, daß anstelle der beschriebenen Durchbiegungsausgleichswalze mit hydrostatischen Stützelementen auch andersartige Durchbiegungs­ ausgleichswalzen verwendet werden können, beispiels­ weise hydrodynamisch oder magnetisch abgestützte Walzen oder andere bekannte Walzentypen mit steuerbarer Durchbiegung. Dabei kann eine Reihe nebeneinander liegender Stützelemente vorgesehen sein, welche getrennt voneinander und individuell mit zugeordneten Heizvorrichtungen beheizbar sind, wobei ebenfalls durch den einzelnen Stützelementen zugeordnete Außen­ heizungen die Walzenmantel-Außenseite ensprechend beheizbar ist. Oder es kann ein einzelnes sich in Achsenrichtung erstreckendes Stützelement vorhanden sein. Statt die Innenheizung über die Stützelemente vorzunehmen, kann auch die Walzenmantel-Innenseite mit davon völlig getrennten Heizvorrichtungen aufgeheizt werden, beispielsweise mittels einer Prallströmheizung, wie sie beispielsweise aus US-A-42 82 638 bekannt ist, oder in anderer geeigneter Weise.

Die Gegenwalze 3 kann als konventionelle Walze ausgebildet sein oder aber ebenfalls als Durchbiegungsausgleichswalze ohne Heizvorrichtungen.

Zum Betrieb der Walzvorrichtung und insbesondere der Heizvorrichtungen 12 und 13 für die Innenseite i und die Außenseite a des Walzenmantels 5 ist es vorteil­ haft, eine Steuer- oder Regeleinrichtung 14 vorzusehen, welche die Heizleistung der Heizvorrichtung 12 und der Heizvorrichtung 13 steuert. Die Steuerung der Heiz­ leistungen wird dabei so vorgenommen, daß die Temperaturdifferenz Δ T zwischen der Innenseite i und der Außenseite a des Walzenmantels 5 bestimmte vorgegebene Werte, z. B. 30°C nicht überschreitet. In der Regel erfolgt dabei die Innenheizung und die Außenheizung gleichzeitig, wobei zu Beginn des Aufheizvorganges ein gewisser zeitlicher Vorlauf der Innenheizung vorgesehen sein kann, um die Zeit­ verzögerung infolge Aufheizung der Stützelemente 6 gegenüber der sofort wirkenden Außenheizung 13 ausgeglichen werden kann.

Die zeitliche Steuerung der Heizleistungen kann dabei entweder nach einem festgelegten Steuerprogramm vorgenommen werden, oder aber in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen, wobei Sensoren 15 zur Messung des Istwertes der Temperatur des hydraulischen Druckmittels im Druckraum 7 oder an einer anderen geeigneten Stelle und Sensoren 16 zur berührungslosen Temperaturmessung der Außenoberfläche a des Walzenmantels 5 vorgesehen sind. Entsprechend den Ausgangssignalen der Sensoren 15 und 16 werden die Heizleistungen der Heizvorrichtungen 12 und 13 so gesteuert, daß die vorgegebenen Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite i und der Außenseite a nicht überschritten werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, sowohl von innen als auch von außen beheizbaren Walze 2 mit einem Hartgußmantel von ? mm Wandstärke, ca. 100 mm Durchmesser und 9 m Länge ließen sich die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik, insbesondere Beschädigungen des Walzenmantels vermeiden, wenn die Regeleinrichtung so eingerichtet war, daß während des Aufheizvorganges die Temperaturdifferenz Δ T zwischen Innen und Außen nicht größer als 30°C ist.

Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel des Temperatur­ verlaufs im Walzenmantel 5 von der Außenseite a bis zur Innenseite i zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Aufheizvorganges, bei welchem die Walze mit verminderter Geschwindigkeit rotiert, und zwar in der Schnittebene A kurz nach Einwirkung des äußeren Heizelementes 13, jedoch vor dem Stützelement 6, durch welches die Innenheizung erfolgt. Zum ersten Zeitpunkt kurz nach Einschalten der beiden Heizeinrichtungen 12 und 13 wirkt zunächst vorzugsweise die äußere Heizung, während die Innenheizung erst zeitverzögert in Aktion tritt. Während dieser ersten Phase wird die Außen­ heizung 13 so gedrosselt, dass die Außentemperatur des Walzenmantels 5 nicht mehr als 30°C wärmer ist als die Innentemperatur. Nach einer gewissen Zeit ist die Innentemperatur schneller angestiegen als die Außen­ temperatur, so daß die Temperaturdifferenz nur noch 25°C beträgt, und am Schluß der Aufheizphase wird außen die Endtemperatur von 170°C erreicht, während die Innentemperatur bei 150°C liegt. Dieser Zustand ließ sich bei der beschriebenen Ausführung bereits nach etwa 1 Stunde erreichen.

Nach Einführung der Papierbahn 1 zwischen die Walzen 2 und 3 und Aufnahme des normalen Betriebes mit erhöhter Drehzahl entsprechend einer Bahngeschwindigkeit von 1400 m/min wird die Außenfläche a des Walzenmantels 5 an der Preßstelle, d. h. in Schnittebene B, auf 130°C durch Wärmeentzug gekühlt, während gleichzeitig durch das Stützelement 6 die Innenseite auf eine Temperatur erhöht wird, welche nicht mehr als 80°C höher als die Außentemperatur ist, beispielsweise 210°C. Im Laufe der Rotation der Walze 2 sinken die Temperaturen an der Walzenmantelinnenseite i und Außenseite a kontinuier­ lich ab, bis sie kurz vor der Außenheizvorrichtung 13 in Schnittebene C auf 110°C außen und 180°C innen abgekühlt sind. Nach Aufheizung von außen in der Schnittebene A sind dann wieder 170°C an der Außen­ seite a und 150°C an der Innenseite i erreicht.

Die durch die bei diesem Betriebsverfahren auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen und die Temperaturschwankungen während des Betriebes erzeugten mechanische Spannungen im Walzenmantel waren deutlich herabgesetzt im Vergleich zu vorbekannten Walzen, bei denen nur eine Heizung von innen oder von außen vorgesehen war, so daß die Bruchgrenze nirgends erreicht wurde und Beschädigungen des Walzenmantels vermieden wurden.

Besonders vorteilhaft ist es, in Achsenrichtung der Walze 2 nebeneinander eine Reihe von parallelen Stützelementen 6 vorzusehen, welche individuell und unabhängig voneinander beheizt und von der Steuer- bzw. Regelanlage 14 angesteuert werden können. Eine entsprechende Anzahl den Stützelementen 6 zugeordnete äußere Heizvorrichtungen 13 ist ebenfalls von der Steuer- oder Regeleinrichtung 14 individuell ansteuerbar. Auf diese Weise läßt sich an den Walzenenden außerhalb der Papierbahn, an denen keine Abkühlung durch die laufende Papierbahn erfolgt, die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen auf einen anderen Wert als im Bereich der Papierbahn einstellen, so daß eine Verbiegung des Walzenmantels an den Enden in der Form einer Achsenbiegung oder in der Form des "Oxbow"-Effektes vermieden werden kann.

Es wird bemerkt, daß der Erfindungsgedanke in analoger Weise während der Abkühlphase nach Beendigung des Walzvorganges angewendet werden kann, wobei die Heizeinrichtungen 12 und 13 durch entsprechende Kühleinrichtungen ersetzt werden. Der Betrieb erfolgt während dieser Abkühlphase ebenfalls in der Art, daß die Steuer- oder Regeleinrichtung 14 die Kühl­ einrichtungen 12 und 13 derart steuert, daß während dieser Abkühlphase die Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite i und der Außenseite a des Walzen­ mantels 5 bestimmte vorgegebene Werte nicht überschreiten, so daß unzuläßige und schädliche mechanische Spannungen im Walzenmantel vermieden werden. Hiebei kann die Abkühlungszeit gegenüber dem üblichen langsamen Abkühlen der Walze drastisch herabgesetzt werden, so das kostenträchtige Totzeiten der Walzvorrichtung erheblich vermindert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Regeleinrichtung 14 auch so gestaltet sein, daß bei Detektion unzuläßiger Temperaturunterschiede über ein bestimmtes Maß hinaus, beispielsweise infolge eines Bahnabrißes, durch die Temperatursensoren 15 und 16 der Betrieb automatisch unterbrochen wird und die Vorrichtung in die Abkühlungsphase umgeschaltet wird. Die Betriebssicherheit wird dadurch erheblich erhöht.

Claims (5)

1. Walze mit einem um einen drehfesten Träger (4) rotierbaren und gegenüber dem Träger (4) mit wenigstens einem Stützelement (6) abgestützten Walzenmantels und wenigstens einer Einrichtung (12, 13) zur Beeinflussung der Temperatur des Walzenmantels (5) dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Einrichtung (12) zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite (i) des Walzenmantels (5) und wenigstens eine Einrichtung (13) zur Beeinflussung der Temperatur der Außenseite (a) des Walzenmantels (5) vorgesehen sind.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (5) gegenüber dem Träger (4) mittels hydrostatischer, mit Druckmittel versorgter Stützelemente (6) abgestützt ist, und daß die Einrichtung 12 zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite (i) des Walzenmantels (5) ausgebildet ist, die Temperatur des Druckmittels zu ändern, wobei das Druckmittel den Lagertaschen (9) des hydrostatischen Stützelementes (6) zuführbar ist.

3. Verfahren zum Betrieb der Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Walzenmantel-Außenseite (a) und der Walzenmantel- Innenseite (i) so gesteuert wird, daß diese einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheiz- und während der Abkühlungsphase der Walze die vorgegebene Temperaturdifferenz nicht größer als 50°C ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes der Walze in eine Walzvorrichtung zur Preßbehandlung einer Warenbahn (1) die vorgegebene Temperaturdifferenz nicht größer als 80°C ist.