DE10026883C1 - Walzenvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Walzvorrichtung umfaßt eine Walze (10) mit einer zylindrischen Ausnehmung (6), in der über den Umfang verteilte stabförmige Heizelemente (9) angeordnet sind, die über einen Schleifringsatz (12) von einer Steuereinrichtung (20) separat mit elektrischer Energie versorgt werden können. Eine Näherungssonde (28) stellt einen etwa vorhandenen Schlag fest, dessen Winkellage durch einen Winkelgeber (24) bestimmt wird. Die Steuereinrichtung (20) steuert mit den Signalen der Meßeinrichtungen (24, 28) das dem Schlag jeweils gegenüberliegende Heizelement (9) derart an, daß dort eine bevorzugte radiale thermische Dehnung eintritt, die den Schlag mildert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Walzenvorrichtung der dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
Eine solche Walzenvorrichtung ist z. B. aus der EP 813 632 B1 bekannt. In
der zylindrischen Ausnehmung des Walzenkörpers ist eine Heizeinrichtung ange
ordnet, die zur Erhöhung der Temperatur am arbeitenden Walzenumfang und da
mit zur direkten Beeinflussung der mit der Walze durchgeführten Behandlung ei
ner Warenbahn dient. Das Ziel bei der bekannten beheizten Walze besteht darin,
eine möglichst gleichmäßige Beheizung quer zur Warenbahn, d. h. über die Länge
der Walze zu erzielen.
Aus der US 3,624,353 ist eine Hohlwalze bekannt, deren zylindrischer
Mantel auf seiner Innenseite mit mehreren Heizelementen versehen ist, die in
Achsrichtung der Walze nebeneinander angeordnet sind und sich jeweils über den
vollen Walzenumfang erstrecken. Durch die separate Ansteuerung der einzelnen
Heizelemente ist es möglich, in Achsrichtung unterschiedliche Temperaturprofile
des Walzenmantels einzustellen.
Aus der DE 296 22 957 U1 ist eine Walze bekannt, deren Walzenkörper in
geringem radialen Abstand unter dem arbeitenden Walzenumfang über die Länge
des Walzenkörpers durchgehende achsparallele Bohrungen aufweist. In diesen
sind stabförmige Heizelemente angeordnet, wobei zumindest zwei Heizelemente
jeweils eine Gruppe bilden, innerhalb derer die Heizelemente über den Umfang
gleichmäßig verteilt sind. Die Heizelemente einer Gruppe sind derart miteinander
wirkungsverbunden, daß bei Ausfall eines Heizelements der Gruppe sämtliche
Heizelemente der Gruppe außer Betrieb setzbar sind. Durch diese Maßnahmen
soll bewirkt werden, daß eine ungleichmäßige Beheizung des Walzenkörpers auch
bei Ausfall eines Heizelements nicht eintreten kann.
Der Erfindung liegt eine andere Zielsetzung zugrunde, nämlich eine mög
lichst große Rundlaufgenauigkeit der Walze zu erzielen. Besondere Anforderun
gen werden in dieser Hinsicht bei der Ultraschallverfestigung von Vliesen aus
thermoplastischen Fasern gestellt. Hierbei wirkt ein Ultraschallerzeuger über eine
Sonotrode, d. h. einen Übertrager des Ultraschalls, radial gegen eine ein Verfesti
gungsmuster in Gestalt einer Oberflächengravur tragende Gegenwalze, wobei das
Vlies zwischen der Stirnseite der Sonotrode und dem Umfang der Gegenwalze
hindurchgeleitet wird. An den erhabenen Stellen der Oberflächengravur ist die
Übertragung der Ultraschallenergie auf das Vlies besonders intensiv, so daß hier
eine bevorzugte Temperaturerhöhung und eine bevorzugte Verschmelzung der
Fasern eintreten.
Es ist bei den heutigen Möglichkeiten der spanabhebenden Bearbeitung
von Walzen, die als Gegenwalzen in einer solchen Verfestigungsanlage in Be
tracht kommen durchführbar, bei Walzenlängen von 2 bis 3 Meter eine Rundlauf
genauigkeit von 5 µm einzuhalten. Diese Genauigkeit reicht jedoch für einen
gleichmäßigen Verfestigungsprozeß manchmal nicht aus. Läuft nämlich die den
"Schlag" der Walze bildende Umfangsstelle unter die Sonotrode ein, so verringert
sich der Spalt zwischen der Stirnfläche der starr im Maschinengestell der Verfesti
gungsanlage gelagerten Sonotrode und dem Umfang der Gegenwalze um die
verbliebene Schlaghöhe, d. h. um die verbliebene Rundlaufungenauigkeit. Dadurch
steigt die an dieser Umfangsstelle auf das Vlies übertragene Leistung an und
kommt es dort zu einer stärkeren Verfestigung des Vlieses und einem damit ein
hergehenden höheren Wärmeeintrag auf diesen Bereich der Walze.
Die thermische Dehnung wirkt im Sinne einer Vergrößerung der Rund
laufungenauigkeit. Die erzielte Verfestigungswirkung schwankt zunehmend im
Rhythmus des Umlaufs der Gegenwalze.
Eine aufgrund der mechanischen Bearbeitung vorhandene Rundlaufunge
nauigkeit schaukelt sich bei einem solchen Einsatz einer Walze also gewisserma
ßen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartigen Effekten entgegenzu
wirken.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung
gelöst.
Es werden also bestimmte der über den Umfang verteilten Heizelemente
separat angesteuert und aktiviert, um einem nach seiner Lage in Umfangsrichtung
ermittelten Rundlauffehler entgegenzuwirken. Im Gegensatz zum beschriebenen
Stand der Technik geht es also nicht um die Längendimension der Walze, sondern
um ihre Umfangsdimension, und es steht auch nicht die Gleichmäßigkeit der
Temperatur im Vordergrund, sondern im Gegensatz dazu eine gezielte Ungleich
mäßigkeit durch die bevorzugte Beheizung bestimmter Heizelemente.
Bei einer bekannten Lage des Rundlauffehlers (im Sinne des Umfangsbe
reichs vergrößerten Radius) wird auf der gegenüberliegenden Seite beheizt, so
daß sich dort eine in Umfangsrichtung lokalisierte thermische Ausdehnung des
Walzenkörpers einstellt, die dem von der mechanischen Bearbeitung verbliebenen
Schlag entgegengesetzt ist. Die Beheizung muß nicht mit hoher Energiekonzen
tration erfolgen, da die Rundlaufungenauigkeiten und die entsprechenden zu er
zeugenden thermischen Dehnungen auf der gegenüberliegenden Seite nur in der
Größenordnung von einigen µ liegen.
In der Ausnehmung des zylindrischen Walzenkörpers kann praktisch spiel
frei ein mitdrehender zylindrischer Kern gemäß Anspruch 2 angeordnet sein, der
zur Aufnahme der stabförmigen Heizelemente an seinem Umfang achsparallele
Ausnehmungen aufweist. Der Kern trägt also die Heizelemente. Die Anwendung
eines solchen Kerns erleichtert die Unterbringung der Heizelemente, für die nicht
am Innenumfang des Walzenkörpers Längsnuten geschaffen werden müssen.
Eine einfache Art und Weise der separaten Versorgung über den Umfang
verteilter stabförmiger Heizelemente ist der Anschluß derselben an einem mit der
Walze umlaufenden Schleifringringsatz.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Walze;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt etwa nach der Linie II-II in Fig. 1.
Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Walzenvorrichtung des Aus
führungsbeispiels ist für eine Ultraschall-Verfestigungsanlage für thermoplastische
Vliese vorgesehen. Sie umfaßt eine Walze 10 mit einem Walzenkörper 1 mit einer
zylindrischen, den arbeitenden Walzenumfang 2 bildenden Umfangsfläche, deren
Breite durch die Breite der zu verarbeitenden Warenbahn bestimmt ist. Der Wal
zenkörper 1 hat an den beiden Enden axial vorstehende Walzenzapfen 3, auf de
nen die Walze 10 über Lager 4 in einem nur angedeuteten Maschinengestell 5 um
die Achse A, zu der der arbeitende Walzenumfang 2 koaxial ist, drehbar gelagert
ist.
Bei der Herstellung der Walze 10 wurde die von der Bearbeitungstechnik
her größtmögliche Genauigkeit angestrebt. Eine gewisse verbleibende Rundlau
fungenauigkeit ist aber unvermeidlich. In manchen Fällen ist es erforderlich, die
Rundlaufgenauigkeit noch zu verbessern, z. B., wenn die Walze 10 als mit der
Gravur versehene Gegenwalze in der besagten Ultraschallverfestigungsanlage
eingesetzt wird.
Der Walze 10 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage des verbliebe
nen "Schlages" in Umfangsrichtung zugeordnet. Diese Einrichtung umfaßt einen
feststehend im Walzenständer angeordneten Sensor 28 zur Ermittlung der Um
fangsstelle des maximalen Schlages, d. h. der maximalen Annäherung des arbei
tenden Walzenumfangs 2 an den Sensor 28. Außerdem ist ein Winkelgeber 24
vorgesehen, der die Winkelstelle zu erfassen gestattet, an der der maximale,
durch den Sensor 28 ermittelte Schlag vorliegt. Die Signale des Sensors 28 und
des Winkelgebers 24 werden einem Steuergerät 20 zugeleitet, welches die Si
gnale verarbeitet. Der Walzenkörper 1 weist in seinem Innern eine zu der Achse A
koaxiale zylindrische durchgehende Ausnehmung 6 auf, in die ein zylindrischer, im
Durchmesser passender Einsatz 7 eingesetzt ist, der sich im wesentlichen über
die Länge der Walze 10 erstreckt. Der Einsatz 7 weist an seinem Außenumfang
über seine Länge durchgehende achsparallele Ausnehmungen 8 auf, in denen
stabförmige elektrische Heizelemente 9 angeordnet sind, die sich über die Länge
der Walze 10 erstrecken und an dem in Fig. 1 rechten Ende mit den Schleifringen
11 eines als Ganzes mit 12 bezeichneten Schleifringkopfes verbunden sind. Jedes
Heizelement 9 kann separat mit elektrischer Energie versorgt werden, unabhängig
von den anderen noch vorhandenen Heizelementen 9. Die elektrische Energie
wird von dem Steuergerät 20 über die Leitungen 21 den einzelnen Schleifringen
11 zugeführt. Der Schleifringkopf 12 sitzt auf einem aus dem in Fig. 1 rechten En
de der Walze 10 hervorstehenden Verlängerungszapfen 13 des Kerns 7.
Wenn der Sensor 28 im Verein mit dem Winkelgeber 24 festgestellt hat,
daß die Walze 10 einen Schlag an der Stelle aufweist, die gemäß Fig. 1 oben
liegt, so daß also der Abstand 14 des arbeitenden Walzenumfangs 2 von der Ach
se A dort größer ist als der entsprechende Abstand 14' auf der gegenüberliegen
den Seite, sorgt das Steuergerät 20 dafür, daß das in Fig. 1 unten gelegene Hei
zelement 9' bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt wird. Der radiale Bereich
14' wird dadurch bevorzugt erwärmt und erfährt eine entsprechende radiale ther
mische Dehnung, die dem "Schlag" an der Oberseite entgegengesetzt ist und die
sen zumindest teilweise wettmacht.
Die Zahl von vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Heizelemente 9
ist nur ein Merkmal des Ausführungsbeispiels. Es könnten auch drei oder mehr als
vier Heizelemente 9 über den Umfang verteilt vorhanden sein.
Claims (3)
1. Walzenvorrichtung mit einer Walze (10), die hohen Ansprüchen an
die Rundlaufgenauigkeit genügt,
mit einem zylindrischen, den arbeitenden Walzenumfang (2) bildenden Walzenkörper (1) der Walze (10), der an den Enden in einem Walzengestell drehbar gelagert ist und im Innern zumindest über einen wesentlichen Teil der Länge des arbeitenden Walzenumfangs (2) eine zum Walzenumfang (2) koaxiale zylindrische Ausnehmung (6) aufweist,
und mit einer im Innern der Ausnehmung (6) angeordneten Heizvor richtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Ausnehmung (6) mehrere stabförmige, achsparallele, über den Umfang verteilte, separat ansteuerbare Heizele mente (9) vorgesehen sind und der Walze (10) eine Einrichtung (24, 28) zur Bestimmung der Winkellage eines Rundlauffehlers zugeordnet und mit einer Steuereinrichtung (20) derart wirkungsverbunden ist, daß durch separate Ansteuerung nach der Lage des Rundlauffehlers ausgewählter Heizelemente (9) dem Rundlauffehler entgegenwirkbar ist.
mit einem zylindrischen, den arbeitenden Walzenumfang (2) bildenden Walzenkörper (1) der Walze (10), der an den Enden in einem Walzengestell drehbar gelagert ist und im Innern zumindest über einen wesentlichen Teil der Länge des arbeitenden Walzenumfangs (2) eine zum Walzenumfang (2) koaxiale zylindrische Ausnehmung (6) aufweist,
und mit einer im Innern der Ausnehmung (6) angeordneten Heizvor richtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Ausnehmung (6) mehrere stabförmige, achsparallele, über den Umfang verteilte, separat ansteuerbare Heizele mente (9) vorgesehen sind und der Walze (10) eine Einrichtung (24, 28) zur Bestimmung der Winkellage eines Rundlauffehlers zugeordnet und mit einer Steuereinrichtung (20) derart wirkungsverbunden ist, daß durch separate Ansteuerung nach der Lage des Rundlauffehlers ausgewählter Heizelemente (9) dem Rundlauffehler entgegenwirkbar ist.
2. Walzenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ausnehmung (6) der Walze (10) ein diese im wesentlichen aus
füllender, mitdrehender, zylindrischer Kern (7) angeordnet ist, der an seinem
Außenumfang achsparallele Ausnehmungen (8) zur Aufnahme der Heizele
mente (9) aufweist.
3. Walzenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit der Walze (10) ein Schleifringsatz (12) drehverbunden ist,
mittels dessen den einzelnen Heizelementen (9) separat elektrische Energie
zuführbar ist.
Priority Applications (4)
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WO2014177434A1 (de) * | 2013-04-30 | 2014-11-06 | Voith Patent Gmbh | Sensorwalze |
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