DE4026773A1

DE4026773A1 - Linienkraftregelbares mehrwalzen-glaettwerk

Info

Publication number: DE4026773A1
Application number: DE4026773A
Authority: DE
Inventors: Christian Schiel
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-03-05
Also published as: FI913986A; SE9102243D0; JPH04327457A; SE9102243L; US5226357A; CA2049915A1; US5343801A; ATA129691A; FI913986A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Glättwerk mit mindestens drei Walzen beziehungsweise mindestens zwei Preßspalten zur Behandlung bahnförmigen Gutes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Dabei kann die Gutbahn zwischen zwei aufeinander folgen den Preßspalten der Oberfläche der zwischen den beiden Preßspalten liegenden Walze folgen oder auch über Leit walzen in einer größeren Schleife vom einen zum nächsten Preßspalt geführt werden. Die Walzen können Arbeits flächen aus Stahl, Hartguß, Papier, Polymer in gleicher oder wechselnder Materialpaarung besitzen. Es ist im allgemeinen üblich und auch zweckmäßig, die Walzen im wesentlichen senkrecht übereinander anzuordnen be ziehungsweise zu stapeln. Auf diese Weise entsteht die technologisch gewünschte Linienkraftsteigerung von Spalt zu Spalt mit Unterstützung der Schwerkraft durch die Addition der Eigengewichte der Walzen. Würde man die Linienkraft zu plötzlich steigern, so entstünde eine die Qualität schädigende Längsstreifigkeit oder Längsfaltigkeit im bahnförmigen Gut, insbesondere bei spielsweise im Papier.

Vor der Einführung von Durchbiegungsausgleichswalzen mußte die Unterwalze des Glättwerks im Durchmesser sehr groß ausgeführt und entsprechend ihrer voraussicht lichen Durchbiegung bombiert werden. War die Bombierung nicht genau getroffen, dann entstand ungleiche Linien kraftverteilung zwischen der Mitte und den Rändern.

Diese Schwierigkeit wurde durch die Einführung von durchbiegungskompensierten Walzen überwunden. Durch Einstellung des Hydraulikdruckes in der Stützzone an dem Mantel konnte die Durchbiegung der Unterwalze (und damit sämtlicher Oberwalzen) aufgehoben werden und die Möglichkeit einer Fehlbombierung war ausgeschaltet; alle Walzen konnten zylindrisch geschliffen sein.

Diese Einrichtung befriedigte in den Fällen, in welchen gleichbleibende Glätte des Produkts verlangt war. Durch die Zahl der aufgelegten Oberwalzen konnte das gewünschte Glättenniveau stufenweise eingestellt werden. Glätte änderungen, welche sich während des Betriebs zum Beispiel durch Schwankungen des Stoffeintrags ergaben, waren nur durch Veränderung der Papierfeuchte ausregelbar, was auf Kosten erhöhten Energieverbrauchs geschieht.

Der nächste Schritt der Entwicklung war dann der Einbau von einer oder mehreren Oberwalzen mit Durchbiegungskor rektureinrichtung, die es erlaubten in den Preßspalten den Linienkraftanstieg anders zu gestalten als er durch das Eigengewicht der Walzen vorgegeben war. Der Nachteil dieser Methode ist, daß man entweder mit wenigen Durch biegungskorrekturwalzen große Linienkraftsprünge im Walzenstapel bekommt, oder aber viel Durchbiegungskor rekturwalzen benötigt, mit entsprechend hohen Kosten und komplexer Regelungstechnik.

Es sind auch stufenlose regelbare Glättwerke mit einem großen Variationsbereich der Linienkräfte bekannt. Diese Glättwerke sind jedoch als Zweiwalzenanordnung mit nur einem Preßspalt konzipiert oder es werden mehrere solcher Glättwerke verwendet.

Glättwerke für breite Gut-, insbesondere Papierbahnen und zwar sowohl für geringere als auch für hohe Linien kräfte gehen von zwei gegeneinander pressenden teuren Durchbiegungsausgleichswalzen aus. Derartige Konfigura tionen erhöhen den Platzbedarf, verteuern die Gesamt anlage und erhöhen den Energieverbrauch um den Eigenbe darf jeder Durchbiegungsausgleichswalze. Dies gilt insbesondere auch für Mehrwalzen-Glättwerke, in die zwecks Erreichung einer sehr begrenzten Linienkraft regelbarkeit zwei Durchbiegungsausgleichswalzen inte griert sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues liniendruckregelbares Mehrwalzen-Glättwerk zu schaffen, bei dem mit relativ einfachen Mitteln, mit geringem Platzbedarf und mit minimalen Kosten ein relativ großer Regelbereich der Linienkräfte in den Glättwerksspalten erzielt wird.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, daß bei äquidistanter Lagerung des Walzen rohres der unteren Durchbiegungsausgleichswalze mit den Oberwalzen abweichend von allen bekannten Mehr walzen-Glättwerken eine gleiche Linienkraftverteilung über die Breite mit nach oben oder unten durchgebogenen Walzen auch dann möglich ist, wenn es gelingt, allen Walzen gleiche Biegelinien bei gleichförmiger Linien kraft über die Breite zuzuordnen. Dies gelingt letztlich mit äquidistanter Lagerung aller Walzen, auch der Durch biegungsausgleichswalze und bei annähernd gleicher Breite der Gutbahn und der Druckkammer der Durchbie gungsausgleichswalze. Die äquidistante Lagerung ist definiert als gleiche Entfernung der beiden Lager einer jeden Walze um die sich die Walzenmäntel beziehungsweise die Walzenkörper drehen.

Grundsätzlich ist es dabei notwendig, jede Walze mit Ausnahme der am Gestell festgelagerten (untersten oder obersten) Walze mit den zur Darstellung der gleichen Durchbiegung aller Walzen notwendigen Lagerkräften zu beaufschlagen. Nimmt man in einem Preßspalt, zum Bei spiel im obersten, eine bestimmte Linienkraft an, so lassen sich daraus nach den Regeln der Elastomechanik die Durchbiegung dieser Oberwalze und die Durchbiegungen aller Walzen im Stapel errechnen. Gleichermaßen können auch alle Lagerkräfte, sowie der Innendruck der als Unterwalze eingebauten Durchbiegungsausgleichswalze unter Brücksichtigung der bekannten Gewichtskräfte, so wie der Eigensteifigkeiten aller Walzen ermittelt werden.

Die entsprechenden Lagerkräfte und Innendrücke sind durch ein an sich bekanntes komplexes Gleichungssystem miteinander verkettet, das seinerseits einem Steuerungs rechner einprogrammiert ist. Der Vorteil des Systems besteht in einem platzsparenden Mehrwalzen-Glättwerk, das letztlich mit einer einzigen (teuren) Durchbiegungs ausgleichswalze auskommt und sehr großen Linienkraft regelbereich gewährleistet.

Die konstruktive Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt als Prinzipdarstellungen in

Fig. 1 ein Mehrwalzen-Glättwerk mit fest gelagerter Durchbiegungsausgleichswalze als Unterwalze;

Fig. 2 ein Mehrwalzen-Glättwerk mit fest gelagerter Oberwalze;

Fig. 3 ein Mehrwalzen-Glättwerk mit positiv bombierter Oberwalze und von unten nach oben laufender Gutbahn;

Fig. 4 ein Mehrwalzen-Glättwerk gemäß den Prinzipdar stellung nach Fig. 1, 2 und 3 in Vorderansicht mit Darstellung der Betriebszustände

"keine Walzendurchbiegung" (Fig. 4a)
"mit Walzenentlastung" (Fig. 4b)
"mit Zusatzbelastung der Walzen" (Fig. 4c)

In Fig. 1 ist die Prinzipdarstellung eines vierstufigen Mehrwalzen-Glättwerks 1 mit einer in einer Stützkonsole 1′ fest gelagerten Durchbiegungsausgleichswalze 2 und über dieser in einer gemeinsamen Preßebene X-X ange ordneten drei weiteren Walzen 3, 4 und 5 dargestellt. zwischen diesen übereinander gestapelten vier (Preß-) Walzen 2 ... 5 wird eine zu behandelnde Gutbahn 6 hin durch geführt, und zwar so, daß sie zwischen der oberen Walze 5 und der benachbarten Walze 4 eingefädelt und so dem Mehrwalzen-Glättwerk 1 zugeführt wird, und daß sie zwischen der unteren, fest gelagerten Durchbiegungs ausgleichswalze 2 und deren benachbarter Walze 3 abge zogen und so aus dem Mehrwalzen-Glättwerk 1 ausgeleitet wird. Die in der Preßebene (Stapelebene) X-X über der Durchbiegungsausgleichswalze 2 angeordneten beziehungs weise gestapelten Walzen 3 ... 5 sind sämtlich beweglich gelagert, und zwar so, daß an ihren Lagerpunkten Kräfte eingeleitet und die Walzen so definiert und reproduzier bar "verbogen" werden können. Diese Krafteinleitung erfolgt über in der Zeichnung angedeutete Kraftelemente 31, 41, 51, die zu beiden Seiten der Walzen 3, 4, 5 angeordnet und jeweils funktionell mit einem Lagerpunkt gekoppelt sind. Mit den genannten Kraftelementen 31, 41, 51 können die genannten Lagerpunkte sowohl gleich sinnig mit den Eigengewichtskräften, als auch gegen sinnig zu den Eigengewichtskräften beaufschlagt werden, und zwar in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen eines Steuerrechners 7. Dieser Steuerrechner 7 ist dem kom plexen Gleichungssystem der Mehrwalzen-Glättwerks 1 entsprechend programmiert und verknüpft die den Eigen gewichtskräften, den daraus resultierenden Linienkräften und den durchbiegungsfreien Linienkräften entsprechenden Größen. Der Steuerrechner 7 ermittelt auch den jeweils erforderlichen Innendruck der Durchbiegungsausgleichs walze 2.

In Fig. 2 ist die Prinzipdarstellung eines vierstufigen Mehrwalzen-Glättwerks 1 dargestellt, bei dem die oberste Walze 5 fest in einem Gestell 8 gelagert ist und die weiteren Walzen 3, 4 einschließlich der Durchbiegungs ausgleichswalze 2 höhenverstellbar gelagert sind. Die Verstellung der beiden mittleren Walzen 3, 4 erfolgt ebenfalls über Kraftelemente 31, 41, die ihrerseits in einem Säulengestell 8 gelagert sind. Die Durchbiegungs ausgleichswalze 2 selbst wird mittels eines Hubelements 9 bewegt, das zwischen den Säulen des Säulengestells 8 untergebracht ist. Gemäß dem in Fig. 2 gezeichneten Mehrwalzen-Glättwerk 1 sind die beiden mittleren Walzen 3, 4 in - nicht gezeichneten - Konsolen gelagert, die jeweils beidseitig im Säulengestell 8 gelagert sind und über diese Konsolen mittels der an beiden Seiten des Säulengestells 8 gekonterten Kraftelementen 31, 41 mit den erforderlichen beziehungsweise im Steuerrechner 7 errechneten Zustellkräften beaufschlagt werden.

In Fig. 3 ist ein weiterer Prinzipaufbau eines vier stufigen Mehrwalzen-Glättwerks 1 dargestellt. Gemäß diesem Aufbau, der alternativ mit fest gelagerter Durch biegungsausgleichswalze 2 (nach Fig. 1) oder mit fest gelagerter oberster Walze 5 (nach Fig. 2) verifiziert werden kann, ist die oberste Walze 5′ positiv bombiert. Die oberen drei Walzen 3, 4, 5′ des Mehrwalzen-Glättwerks 1 sind ebenfalls über Kraftelemente mit den erforder lichen Zustellkräften beaufschlagbar. Der Kerngedanke dieses Aufbaus liegt darin, daß - ausgehend von der Bombierung der obersten Walze - die Steifigkeit der unteren Walzen nach unten abnimmt, und daß - entgegen der anhand von Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Bahn führung - die Gutbahn 6′ das Mehrwalzen-Glättwerk 1 von unten nach oben durchläuft.

Fig. 4 zeigt das anhand der Fig. 1 gezeigte, gleicher maßen aber auch dem Mehrwalzen-Glättwerk 1 nach Fig. 2 und Fig. 3 entsprechende Mehrwalzen-Glättwerk 1 in ver schiedenen Betriebszuständen.

In Fig. 4a ist ein vierstufiges Mehrwalzen-Glättwerk 1 in einer Art Idealzustand dargestellt, in einem Zustand also, bei dem die Walzen 2 ... 5 weder positiv noch negativ durchgebogen sind. Quer zum Mehrwalzen-Glättwerk 1 und damit zur zu behandelnden Gutbahn betrachtet ist dieser Zustand durch eine konstante und homogene Linien kraftverteilung charakterisiert. Anhand dieser in Fig. 4a gezeigten Darstellung soll insbesondere darauf hin gewiesen werden, daß die Walzen 2 ... 5 des Mehrwalzen- Glättwerks 1 exakt äquidistant gelagert sind, d. h. daß die jeweils beiden Lager der Walzen, um die sich die Walzenmäntel beziehungsweise die Walzenkörper drehen, exakt gleiche Entfernung haben und die Verbindungslinien A-A der Lager exakt parallel zur Preßebene X-X des Mehrwalzen-Glättwerks 1 ausgerichtet sind.

In Fig. 4b ist ein vierstufiges Mehrwalzen-Glättwerk 1 dargestellt, bei dem die oberen Walzen 3, 4, 5 ent lastet sind. Diese Walzenentlastung erfolgt mittels an den Lagerpunkten in der Verbindungslinie A-A (Fig. 4a) entgegen der Richtung der Eigengewichtskraft an greifenden Druckkräften a_i. Diese Druckkräfte a werden im Steuerrechner 7 ermittelt und führen zu einer ent sprechenden (konvexen) Walzendurchbiegung minus f.

In Fig. 4c ist ein vierstufiges Mehrwalzen-Glättwerk 1 dargestellt, bei dem die oberen Walzen 3, 4, 5 zusätz lich belastet sind. Diese Walzenbelastung erfolgt mit tels an den Lagerpunkten in der Verbindungslinie A-A (Fig. 4a) in Richtung der Eigengewichtskraft angrei fenden Druckkräften b, die ebenfalls über Steuerrechner 7 ermittelt werden. Diese Druckkräfte b_i führen zu einer konkaven Walzendurchbiegung plus f.

Entsprechend einem besonderen Ausführungsbeispiel kann die Durchbiegungsausgleichswalze 2 als Profilwalze aus gebildet sein, bei welcher Mantel und Joch äquidistant mit den oberen Walzen 3, 4, 5 fest im Gestell abge stützt sind.

Grundsätzlich weisen die über der Durchbiegungsaus gleichswalze 2 angeordneten Walzen gleiche Steifigkeit auf, wobei sicherzustellen ist, daß die oberen Walzen sich bezüglich ihrer Steifigkeit jeweils um weniger als 1,5 Nmm² unterscheiden (Steifigkeit = Eleastizitätmodul in N/mm²×Trägheitsmoment in mm⁴). Einer besonderen Ausführungsform entsprechend nimmt die Steifigkeit der Walzen von oben nach unten geringfügig zu.

Mit der vorstehend erläuterten und spezifizierten Kon figuration erhält man ein Mehrwalzen-Glättwerk 1, bei dem sowohl die Lagerkräfte als auch der Innnendruck der Durchbiegungsausgleichswalze so eingestellt werden können, daß unter Berücksichtigung von Eigengewichts kräften und Linienkräften zwischen den Walzen jede Walze relativ zu ihrer Achse genau die gleiche Biege linie aufweist.

Claims

1. Linienkraftregelbares Mehrwalzen-Glättwerk zur Behandlung bahnförmigen Gutes mit mindestens drei in einer Preßebene über einander gestapelten Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die untere Walze als Durchbiegungsausgleichs walze ausgebildet ist, daß
b) die weiteren Walzen relativ zur Durchbiegungsaus gleichswalze sämtlich äquidistant d. h. mit gleicher Enfernung der jeweils beiden Lager der Walzen gelagert sind, daß
c) eine der äußeren (die oberste oder die unterste) Walze fest in einem Gestell ge lagert ist, während jeweils alle anderen Walzen beweglich gelagert sind, daß
d) die beweglichen Walzen mit in der Stapel ebene wirkenden Lagerkräften beaufschlag bar sind, und daß
e) die Lagerkräfte und der Innendruck der Durchbiegungsausgleichswalze über ein Regelgerät derart einstellbar sind, daß auch bei durchgebogenen Walzen eine über deren Breite gleiche Linienkraftverteilung entsteht. (Fig. 1 und 2).

2. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegungsausgleichswalze eine Profilwalze ist, bei welcher Mantel und Joch äquidistant mit den oberen Walzen an beiden Enden im Gestell abgestützt sind.

3. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb der Durchbiegungsausgleichswalze angeordneten Walzen eine im wesentlichen gleiche Steifigkeit aufweisen.

4. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Durchbiegungsausgleichswalze angeordnete benachbarte Walzen sich in ihrer Steifigkeit jeweils um weniger als 1,5 Nmm² unterscheiden.

5. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der oberhalb der Durchbiegungs ausgleichswalze angeordneten Walzen (im Stapel) von oben nach unten zunimmt.

6. Mehrwalzen-Glättwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Lagerkräfte als auch der Innendruck der Durchbiegungsausgleichswalze so eingestellt werden, daß unter Berücksichtigung von Eigen gewichtskräften und Linienkräften zwischen den Walzen jede Walze relativ zu ihrer Achse genau die gleiche Biegelinie aufweist.

7. Mehrwalzen-Glättwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Walze fest im Gestell gelagert ist und die Lager der weiteren Walzen senkrecht zwischen je zwei Säulen auf und ab beweglich gelagert sind (Fig. 2).

8. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lager der zwischen der obersten Walze und der Durchbiegungsausgleichswalze angeordneten (Zwischen-) Walzen mittels je zweier Kraftelemente bewegbar sind, deren je eines in jeder der Säulen untergebracht ist.

9. Mehrwalzen-Glättwerk nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegungs ausgleichswalze über Hubelemente bewegbar ist, die zwischen den Säulen untergebracht sind (Fig. II).

10. Mehrwalzen-Glättwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die oberste Walze positiv bombiert ist,
daß die Steifigkeit der Walzen im Stapel von oben nach unten abnimmt, und
daß die Gutbahn von unten nach oben den Stapel durchläuft (Fig. 3).