DE3920171C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem um einen drehfesten Träger rotierbaren
und gegenüber dem Träger mit wenigstens einem radial beweglichen Stützelement
abgestützten Walzenmantel und wenigstens einer Einrichtung zur Erhitzung der
Innenseite des Walzenmantels.
Solche Walzen werden vorzugsweise zur Oberflächenbehandlung von Warenbahnen,
insbesondere Faserstoffmaterial, 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.
Durchbiegungsausgleichwalzen, 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 Durchbiegungsausgleichwalzen der eingangs genannten Art sind z. B. aus der
US-PS 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-PS 5 77 598 oder US-PS 42 82 639 sind andererseits
Durchbiegungsausgleichwalzen 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.
Auch in der DE-PS 34 29 695 wird eine Walze beschrieben, die von innen mittels der
Hydraulikflüssigkeit beheizt wird. Zusätzlich gibt es dabei eine Kopplung mit einer
äußeren Induktionsheizung, die zum Erzielen eines gleichmäßigen
Temperaturgradienten und zum Bereitstellen zusätzlicher Wärmeenergie dient.
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
Durchbiegungsausgleichwalzen hohe Zugspannungen an der Innenseite des
Walzenmantels, weiche 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.
In Ardichvili, Georges: Induktive Temperatur-Korrektur an
Kunststoff-Kalanderwalzen, in: Kunststoffe, Band 43 (1953) Heft 10, Seiten 441, 442
und 444, wird nun beschrieben, wie durch Anbringen von zusätzlichen äußeren
induktiven Heizungen eine gleichmäßigere Temperaturverteilung bei Kalanderwalzen
erzielt werden kann. Nachteilig dabei ist, daß es ebenfalls zu thermischen Spannungen
in der Walzenoberfläche kommen kann und daß sich der Abstand der Induktionsspule von
der Walzenoberfläche durch die thermische Ausdehnung der Walze verändern kann. Ein
automatisches Nachführen des Abstandes würde eine aufwendige Steuer- und
Regelungseinrichtung erforderlich machen.
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 weichen die Energieverluste
herabesetzt sind, die Aufheizzeiten verkürzt sind, eine Verbesserung des
Wirkungsgrades und eine bessere Temperaturkonstanz sowie eine höhere
Behandlungstemperatur 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 die Einrichtung zur Erhitzung
der Innenseite des Walzenmantels an mindestens einem Stützelement im Inneren des
Walzenmantels in der Nähe von dessen Innenfläche vorgesehen ist und als elektrische
Induktionseinrichtung ausgebildet ist.
Mit Vorteil wird diese Walze so betrieben, daß der Einrichtung zur Erhitzung der
Innenseite des Walzenmantels Energie in einem solche 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 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.
Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur
induktiven Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels an den Stützelementen der
Durchbiegungseinstellwalze vorgesehen. 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 gleichmäßige
Erhitzung des Walzenmantels gewährleistet ist, und durch die denkbar nächste
Plazierung am Walzenmantel ein optimaler Wirkungsgrad zu erwarten ist.
Mit Vorteil ist an jedem der Stützelemente eine Induktionsspule vorgesehen, wobei die
Hochfrequenz-Induktionsströme der einzelnen Spulen unabhängig voneinander
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 ohne 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.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In
der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer Walze mit
induktiver Innenheizung.
Die Durchbiegungsausgleichswalze 2 kann dabei beispielsweise gemäß US-PS 38 02 044
oder US-PS 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 2 mit hydrostatischen
Stützelementen 6 können auch andersartige Durchbiegungsausgleichswalzen verwendet
werden, beispielsweise hydrodynamisch oder magnetisch oder mit Druckkissen
abgestützte Walzen oder andere bekannte Walzen mit steuerbarer Durchbiegung. Die
Gegenwalze kann dabei eine konventionelle Walze oder aber ebenfalls eine
Durchbiegungsausgleichswalze sein.
Um eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des Walzenmantels 5 und damit eine
Spannungsminimierung zu erreichen, kann an der Außenseite a des Walzenmantels 5
ebenfalls eine analoge induktive Heizvorrichtung vorgesehen sein.
Bei der Methode mit induktiver Heizung des Walzenmantels 5 ist es problematisch, eine
genaue Abstandstoleranz der Induktionsspulen vom Walzenmantel 5 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 4 angebracht sind, wo die Abstandsvariationen
am kleinsten sind. Außerdem ist es erwünscht, die Energie genau dort zuzuführen, wo
sie gebraucht wird, d. h. möglichst nahe am Preßspalt.
Diese Probleme werden bei der Erfindung 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 5 gewährleistet. Dadurch kann der
Induktor möglichst nahe am Walzenmantel 5 angeordnet werden und somit die
Leistungsübertragung und der Wirkungsgrad deutlich verbessert werden.
Durch entsprechende Abschirmung 20 der Induktionsspulen 17 bzw. 18 vom Träger 4
und den Stützelementen 6 kann eine Überleitung der Energie auf die benachbarten
Bauteile weitgehend vermieden werden.
Eine gegebenenfalls erforderliche Kühlung der Induktionsspulen 17 bzw. 18 kann durch
das ohnehin notwendige Hydraulikmedium erfolgen.
Die Induktoren 17 können unmittelbar vor dem Preßspalt vorhanden sein, oder aber
statt dessen 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 dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es, daß alle im Induktor
entstehenden Verlustleistungen in der Walze frei werden und so dem Prozeß nicht
verloren gehen, wie bei der Beheizung einer Walze von außen.
Claims (8)
1. Walze mit einem um einen drehfesten Träger (4) rotierbaren und gegenüber dem
Träger mit wenigstens einem radial beweglichen Stützelement (6) abgestützten
Walzenmantel (5) und wenigstens einer Einrichtung (12) zur Erhitzung der
Innenseite des Walzenmantels (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (17, 18) zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels
(5) an mindestens einem Stützelement (6) im Inneren des Walzenmantels (2) in
der Nähe von dessen Innenfläche (i) vorgesehen ist und als elektrische
Induktionseinrichtung ausgebildet ist.
2. Walze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung am betreffenden Stützelement (6)
unmittelbar vor und/oder nach der Wirkebene des Stützelementes (6) angebracht
sind.
3. Walze nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (17, 18) zur Erhitzung eine mit hochfrequentem Strom
betriebene Induktionsspule aufweist, deren Achse gegen den Walzenmantel (5)
gerichtet ist.
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Achsenrichtung der Walze (2) mehrere Stützelemente (6) nebeneinander
vorgesehen sind, wobei jedes der Stützelemente (6) eine Einrichtung (17, 18)
zur induktiven Erhitzung des Walzenmantels (5) trägt.
5. Walze nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung unabhängig voneinander
in ihrer Heizleistung steuerbar sind.
6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich an der Außenseite (a) des Walzenmantels (5) wenigstens eine
weitere Einrichtung (13) zur Erhitzung des Walzenmantels (5) mittels
elektrischer Induktion vorgesehen ist.
7. Verfahren zum Betrieb der Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
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.
8. Verfahren zum Betrieb der Walze nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit den Einrichtungen zur Erhitzung der Innenseite bzw. Außenseite des
Walzenmantels mittels elektrischer Induktion Energie in einem solche Maße
zugeführt wird, daß die Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite und der
Außenseite vorgegebene Werte nicht überschreiten.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: SULZER-ESCHER WYSS GMBH, 7980 RAVENSBURG, DE |
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