DE3920171A1 - Walze mit einem rotierbaren walzenmantel 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 Erhitzung der Innenseite 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 Temperatureinwirkung verwendet. Besonders eignen sich solche Walzen zur Glättung von Papierbahnen in Glättwerken oder Kalandern, wobei durch eine erhöhte Temperatur die Papierfasern leichter plastifizierbar werden und unter Druckeinwirkung ein Glätt- und Glanzeffekt auf der Papieroberfläche erreichbar ist.

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 in 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 Lagerflächen Lagertaschen aufweisen, 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 Erhitzung des Walzenmantels über ein Wärmeträgermedium vorgenommen wird. Da hierbei praktisch das gesamte Walzen-Innere erhitzt wird, treten erhebliche Wärmeenergie-Verluste auf, und es wird nur ein kleiner Teil der zugeführten Energie zur Erhitzung des Walzenmantels verwendet. Außerdem ist die Aufheizdauer solcher Walzen auf die erforderliche Betriebstemperatur beim Anlauf des Glättwerkes oder Kalanders vielfach zu lang und erlaubt keinen rationellen Betrieb des Glättwerkes.

Weiterhin ist nachteilig, daß die mit diesen Walzen erzielbare Behandlungstemperatur an der Walzenoberfläche begrenzt ist, da die im Walzen-Inneren für die Zuführung des Heizmittels erforderlichen Komponenten sowie das Heizöl selbst nur bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze brauchbar sind.

Außerdem entstehen während der Aufheizphase bei solchen Durchbiegungsausgleichswalzen hohe Zugspannungen an der Innenseite des Walzenmantels, welche sogar zum Platzen des Walzenmantels führen können und bisher nicht beseitigt werden konnten.

Statt die Walze von innen zu beheizen, wurde vorgeschlagen, eine auf die Außenoberfläche des Walzenmantels einwirkende Außenheizung vorzusehen. Dabei treten erhebliche Energieverluste auf, und ebenso entstehen Ungleichmäßigkeiten, 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 sich, durch den Herstellungsprozeß bedingt, in der Außenhaut bereits ein bestimmter Eigenspannungszustand einstellt.

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 welchen die Energieverluste herabgesetzt sind, die Aufheizzeiten verkürzt sind, eine Verbesserung des Wirkungsgrades und eine bessere Temperaturkonstanz sowie eine höhere Behandlungs­ temperatur der Warenbahn erreichbar ist, und bei dem die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Walzenmantels beim Aufheizen oder während des Betriebes vermindert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Inneren des Walzenmantels in der Nähe von dessen Innenfläche wenigstens eine Einrichtung zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels mittels elektrischer Induktion vorgesehen ist.

Mit Vorteil wird diese Walze so betrieben, daß der Einrichtung zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels Energie in einem solchen Maße zugeführt wird, daß die Walzenmantel-Innenseite auf einer bestimmten Betriebstemperatur gehalten wird, bzw. während des Anlauf-Vorganges einen vorgegebenen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nicht überschreitet.

Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist zusätzlich an der Außenseite des Walzenmantels wenigstens eine weitere Einrichtung zur Erhitzung des Walzenmantels mittels elektrischer Induktion vorgesehen. Hiermit kann der Walzenmantel gleichzeitig von innen und von außen aufgeheizt werden, so daß temperaturinduzierte mechanische Spannungen, welche zur Beschädigung des Walzenmantels führen könnten, weitgehend vermieden werden. Die Steuerung der elektrischen Ströme der innerhalb und außerhalb der Walze vorgesehenen induktiven Heizvorrichtungen erfolgt mit Vorteil in einem geschloßenen Regelkreis über Temperatursensoren an der Innenseite und an der Außenseite des Walzenmantels, welche die den Induktionseinrichtungen zugeführte elektrische Energie so steuern, daß die Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Walzenmantels bestimmte vorgegebene Werte nicht überschreiten.

Als besonders vorteilhafte Weiterbildung hat sich erwiesen, die Einrichtung zur induktiven Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels an den Stützelementen der Durchbiegungseinstellwalze vorzusehen. Da die Lagerflächen der Stützelemente im Betrieb einen festen, geringen Abstand von der Lauffläche an der Innenseite des Walzenmantels haben, sind die Abstände der Induktionsspulen von der Walzenmantel-Innenseite ebenfalls konstant, so daß im Betrieb eine gleich­ mäßige Erhitzung des Walzenmantels gewährleistet ist, und durch die denkbar nächste Plazierung am Walzen­ mantel ein optimaler Wirkungsgrad zu erwarten ist.

Mit Vorteil ist an jedem der Stützelemente eine Induktionsspule vorgesehen, wobei die Hochfrequenz- Induktionsströme der einzelnen Spulen unabhängig von einander steuerbar sind. Die Induktionsspulen können dabei entweder vor dem Einlauf in den Preßspalt angeordnet sein, um direkt vor dem Spalt die erforderliche Heizleistung zuzuführen, oder aber hinter dem Preßspalt, um die abgeführte Wärmeenergie sofort wieder zu ersetzen.

Die Erfindung benützt die Tatsache, daß mittels induktiver Erhitzung der Walzenmantel-Innenseite die Heizenergie direkt in dem Bauteil, das die Wärme dann an den Prozeß weitergibt, konzentriert wird. Hohe Energieverluste durch Aufheizung anderer Komponenten. Bei induktiver Beheizung von innen und außen erfolgt die Nachlieferung von Wärmeenergie praktisch ohne Zeitverzögerung, so daß sich Ungleichmäßigkeiten sofort ausregeln lassen.

Bei Anordnung der Induktionsspulen am feststehenden Träger ist es jedoch vorteilhaft, die Spulen in einer zur Preßebene senkrechten Ebene, d. h. quer zur Preßrichtung vorzusehen, da nur an diesen Stellen der Abstand des Trägers vom Walzenmantel auch unter Belastung, d. h. bei einer Durchbiegung des Trägers, nahezu konstant bleibt.

Die Erfindung wird an Hand der in den Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung im Querschnitt, und

Fig. 2 eine Walze mit induktiver Innenheizung.

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 oder US-A-38 85 283 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 Stützelementen 6 gegen den Träger 1 abgestützt ist. Diese Stützelemente 6 weisen eine Kolben/Zylinder-Führung mit einem Druckraum 7 auf, welcher über eine Trägerbohrung 8 über eine Zuleitung 11 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.

Anstelle der beschriebenen Durchbiegungsausgleichswalze mit hydrostatischen Stützelementen können auch andersartige Durchbiegungsausgleichswalzen verwendet werden, beispielsweise hydrodynamisch oder magnetisch oder mit Druckkissen abgestützte Walzen oder andere bekannte Walzen mit steuerbarer Durchbiegung. Die Gegenwalze 3 kann dabei eine konventionelle Walze oder aber ebenfalls eine Durchbiegungsausgleichswalze sein.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist seitlich am Träger 4 der Durchbiegungsausgleichswalze 2 eine mit hochfrequentem elektrischen Strom versorgbare, aus einer oder mehreren Windungen bestehende Induktionsspule 12 vorgesehen, die auf die Innenseite i des Walzenmantels 5 gerichtet ist, und welche bei Zuführung hochfrequenter elektrischer Energie den Walzenmantel 5 direkt von innen ohne Energieverluste an andere Komponenten erhitzt. Zweckmäßig ist es, über die Walzenbreite verteilt mehrere Induktionsspulen nebeneinander vorzusehen.

Um eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des Walzenmantels 5 und damit eine Spannungsminimierung zu erreichen, kann an der Außenseite a des Walzenmantels ebenfalls eine analoge induktive Heizvorrichtung 13 vorgesehen sein, wobei beide Heizvorrichtungen 12 und 13 von einer Regeleinrichtung 14 angesteuert sein können, die wiederum Signale von je einem Temperatur- Sensor 15 an der Innenseite i und einem Sensor 16 an der Außenseite a des Walzenmantels 5 erhält, und welche so ausgebildet ist, daß die Temperatur- Differenz zwischen der Walzenmantel-Innenseite und der Außenseite einen bestimmten Wert nicht überschreitet und somit eine Beschädigung des Walzenmantels durch unzulässige mechanische Spannungen vermeidet.

Bei der Methode mit induktiver Heizung des Walzen­ mantels ist es problematisch, eine genaue Abstands­ toleranz der Induktionsspulen vom Walzenmantel über über die Walzenbreite sicherzustellen, was zu ungleichmäßiger Leistungsübertragung und somit zu ungleicher Oberflächentemperatur führt. Besonders nachteilig ist es, daß der Wirkungsgrad sehr stark vom Abstand der Induktionsspule von der Walze abhängt und daß sehr kleine Abstände auf die beschriebene Weise nicht realisierbar sind, auch wenn die Induktionsspulen seitlich am Träger angebracht sind, wo die Abstands­ variationen am kleinsten sind. Außerdem ist es erwünscht, die Energie genau dort zuzuführen, wo sie gebraucht wird, d. h. möglichst nahe am Preßspalt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel einer besonders vorteilhaften Durchbiegungsausgleichswalze 2 werden diese Probleme dadurch gelöst, daß die induktiven Heizvorrichtungen anstatt am Träger 4 an den Stützelementen 6 angebracht ist, und zwar als Induktionsspulen 17 bzw. 18 seitlich auf einem Flansch 19 der Stützelemente 6. Da die Lagerflächen der Stützelemente 6 einen nahezu konstanten Abstand von der Walzenmantelinnenseite i haben, ist damit auch eine optimale Abstandskonstanz der Induktionsspulen 17 und 18 zum Walzenmantel gewährleistet. Dadurch kann der Induktor möglichst nahe am Walzenmantel angeordnet werden und somit die Leistungsübertragung und der Wirkungsgrad deutlich verbessert werden.

Durch entsprechende Abschirmung 20 der Induktionsspulen vom Träger und den Stützelementen kann eine Überleitung der Energie auf die benachbarten Bauteile weitgehend vermieden werden.

Eine allfällig erforderliche Kühlung der Induktions­ spulen kann durch das ohnehin notwendige Hydraulik­ medium erfolgen.

Die Induktoren 17 können unmittelbar vor dem Preßspalt vorgehen sein, oder aber stattdessen oder gleichzeitig auch als Spulen 18 unmittelbar nach dem Preßspalt.

Da bei einer Reihe von in Achsenrichtung der Walze nebeneinander angeordneten Stützelementen jedes Stützelement 6 mit einer Induktionsspule 17 bzw. 18 versehen ist, kann die Steuerung der Induktorleistung mit Vorteil zonenweise erfolgen oder mittels einer Regeleinrichtung so geregelt werden, daß die Warenbahn nach Durchgang durch den Preßspalt ein gewünschtes Eigenschaftsprofil über die Breite erhält.

Vorteilhaft bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es, daß alle im Induktor entstehenden Verlustleistungen in der Walze freiwerden und so dem Prozeß nicht verloren gehen, wie bei der Beheizung einer Walze von außen.

Claims (10)

1. Walze mit einem um einen drehfesten Träger (4) rotierbaren und gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stützelement (6) abgestützten Walzenmantel (2) und wenigstens einer Einrichtung (12) zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Walzenmantels (2) in der Nähe von dessen Innenfläche (i) wenigstens eine Einrichtung (12) zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels (2) mittels elektrischer Induktion vorgesehen ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (17, 18) zur Erhitzung an wenigstens einem Stützelement (6) vorgesehen ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung am betreffenden Stützelement (6) unmittelbar vor und/oder nach der Wirkebene des Stützelementes angebracht sind.

4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Erhitzung seitlich am Träger (4) etwa in einer Ebene senkrecht zur Wirkebene des Stützelementes (6) vorgesehen ist.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsenrichtung der Walze (2) mehrere Stützelemente (6) nebeneinander vorgesehen sind, wobei jedes der Stützelemente eine Einrichtung zur induktiven Erhitzung des Walzenmantels trägt.

6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung unabhängig voneinander in Ihrer Heizleistung steuerbar sind.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich an der Außenseite (a) des Walzenmantels (5) wenigstens eine weitere Einrichtung (13) zur Erhitzung des Walzenmantels mittels elektrischer Induktion vorgesehen ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12, 13, 17, 18) zur Erhitzung eine mit hochfrequentem Strom betriebene Induktionsspule aufweist, deren Achse gegen den Walzenmantel (5) gerichtet ist.

9. Verfahren zum Betrieb der Walze nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels mittels elektrischer Induktion Energie in einem solchen Masse zugeführt wird, daß die Walzenmantel-Innenseite auf einer bestimmten Betriebstemperatur gehalten wird, bzw. während des Anlaufvorgangs einen vorgegebenen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nicht überschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Außenseite des Walzenmantels aufgeheizt wird, wobei die von außen zugeführte Energie so gesteuert wird, daß die Temperatur­ differenzen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Walzenmantels vorgegebene Werte nicht überschreiten.