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Die
Erfindung betrifft einen Kalander, mit mindestens einem Walzenspalt,
der von zwei Walzen gebildet ist, von denen zumindest eine als hydraulisch
durchbiegesteuerbare Walze ausgebildet ist, und mit einer hydraulisch
betätigten
Anstellvorrichtung, mit der zumindest eine der Walzen senkrecht
zu ihrer Drehachse verlagerbar ist.
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Hydraulische
durchbiegesteuerbare Walzen umfassen einen Walzenmantel, der rotierbar
auf einem feststehenden Träger
gelagert ist. Zwecks Beeinflussung der Durchbiegung des Walzenmantels, die
insbesondere durch im Walzenspalt herrschende Druckkräfte hervorgerufen
wird, erfolgt bei durchbiegesteuerbaren Walzen eine hydraulische
Abstützung des
Walzenmantels auf dem Träger.
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Um
die hydraulischen Stützkräfte in den
Walzenmantel einzuleiten, sind beispielsweise über die Länge der Walze verteilte, einzeln,
separat oder in Gruppen mit einem unter Druck stehenden Hydraulikmedium
beaufschlagte Stützelemente
in einem zwischen dem Träger
und der inneren Mantelfläche des
Walzenkörpers
gebildeten Ringraum vorgesehen. Derartige durchbiegesteuerbare Walzen
werden auch als „stempelgestützte Walzen" bezeichnet. Oder
es ist ein Teil des Querschnitts des Ringraumes als Druckkammer
für das
hydraulische Druckmedium mittels sich in Längsrichtung der Walze erstreckender,
zwischen dem Träger
und der inneren Mantelfläche
des Walzenmantels wirkender Dichtungsanordnungen ausgebildet, so
dass sich der Walzenmantel über
das in der Druckkammer befindliche Druckmedium auf dem Träger abstützt. Derartige
Walzen werden auch als „schwimmende
Walzen" bezeichnet.
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Derartige
durchbiegesteuerbare Walzen finden heutzutage in vielen Bereichen
Verwendung, wie beispielsweise in der Papier-, Textil-, Laminier-,
Verfestigungs- sowie Folientechnologie, da sie eine vielfältige Beeinflussung
des in dem von der durchbiegesteuerbaren Walze und einem Gegenwerkzeug – meist
einer starren Walze – gebildeten
Walzenspalt herrschenden Linienkraftprofils oder der Dicke des Walzenspalts über die
Breite der zu behandelnden Materialbahn erlauben.
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Um
den von der durchbiegesteuerbaren und der Gegenwalze gebildeten
Walzenspalt öffnen
oder schließen
zu können,
ist üblicherweise
zumindest eine der den Spalt begrenzenden Walzen – meist
die durchbiegesteuerbare Walze – mittels
einer hydraulisch betätigbaren
Anstellvorrichtung, die hydraulisch betätigte Kolben/Zylindereinheiten
aufweisen kann, verlagerbar. Die Kraft, mittels welcher die anstellbare Walze
mittels der Anstellvorrichtung gegen die Gegenwalze gedrückt wird,
muss auf die zwischen dem Träger
und dem Walzenmantel wirkende hydraulische Stützkraft abgestimmt sein. Hierdurch
wird eine Überlastung
vom Walzenkörper
und dessen Lagern vermieden.
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Das
Verhältnis
der Drücke,
die einerseits an die durchbiegesteuerbare Walze, andererseits an
die Anstellvorrichtung angelegt werden müssen, einzustellen, bereitet
in der Regel keine besonderen Schwierigkeiten, da die hydraulischen
Druckmedien den beiden Systemen – der durchbiegesteuerbaren Walze
und der Anstellvorrichtung – unter
den erforderlichen Drücken
zugeleitet werden können.
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Schwierigkeiten
bereiten allerdings Situationen, wo der Walzenspalt plötzlich geöffnet werden muss,
beispielsweise dann, wenn sich unerlaubte Betriebzustände einstellen.
Exemplarisch sei hier ein Abriss der Warenbahn oder insbesondere
die Ausbildung eines Walzenbahnwickels, bei dem sich die Warenbahn
ungewollt um eine der beiden Walzen herum schlingt und so zu einer
plötzlichen
Linienkrafterhöhung
im Walzenspalt führt,
genannt. Bei einer dann erfor derlichen „Notabschaltung" erfolgt eine Stillsetzung
des Kalanders durch Unterbrechung des Antriebs und der Zufuhr der
Druckmedien zu den beiden Systemen, der durchbiegesteuerbaren Walze und
der Anstellvorrichtung.
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Insbesondere
dann, wenn es sich bei der durchbiegesteuerbaren Walze um eine schwimmende,
beheizte Walze handelt, dient das Druckmedium zugleich als Wärmeträgermedium
und wird der Walze temperiert zugeführt. Aufgrund des erforderlichen Volumenstroms
an unter hydraulischem Druck stehenden Druckmedium wird die Walze
meist mit einer Kreiselpumpe betrieben, die nur dann einen zur Erzielung
einer gleichmäßigen, konstanten
Walzentemperatur erforderlichen konstanten Volumenstrom abgibt,
wenn die abgeforderten Drücke
nicht schwanken. Der Volumenstrom wird üblicherweise über eine Messblende,
die dafür
sorgt, dass die Pumpe immer gegen den gleichen Druck fördert, konstant
gehalten. Reduziert sich der Walzeninnendruck (P2 in 1), so
wird mittels eines Mengenregelventils, das der Walze vorgeschaltet
ist, der hydraulische Widerstand und damit der Druck (P1 in 1)
erhöht,
so dass die Pumpe wieder zumindest annähernd gegen den gleichen Druck
(P1 + P2 = konstant)
arbeitet und somit der von der Kreiselpumpe geförderte Volumenstrom ebenfalls
zumindest im wesentlichen konstant ist.
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Zur
Verdeutlichung der Abhängigkeit
des von einer Kreiselpumpe geförderten
Volumen vom Druck, gegen den die Kreiselpumpe arbeiten muss, ist
der Druck P als Funktion des geförderten
Volumens Q in 1 dargestellt. Es wird aus dieser
Kennlinie deutlich, dass in dem Intervall 0 < P < P1 + P2 das pro Zeiteinheit
geförderte
Volumen Q stark von dem Druck P abhängig ist und somit der Druck
P1 + P2 möglichst konstant
gehalten werden muss. Ein für
den Betrieb der Kreiselpumpe optimaler Zustand wird erzielt, wenn
der Druck P1 + P2 so
eingestellt ist, dass die Kreiselpumpe bei einem Druck zu Volumenstrom Verhältnis arbeitet,
bei dem der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe maximal ist.
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Bei
einer Notabschaltung, bei welcher die durchbiegesteuerbare Walze,
als auch die Anstellvorrichtung plötzlich drucklos geschaltet
werden, baut sich der Druck Pzyl in der
Anstellvorrichtung sehr schnell ab. Da das Mengenregelventil jedoch
erheblich träger
ist, fällt
der Walzeninnendruck P2 langsamer ab als
in der Anstellvorrichtung. Die zeitlichen Verhältnisse sind in 2 verdeutlicht,
in welcher qualitativ der Druckabfall in beiden Systemen bei einer
Notabschaltung der Walze als Funktion der Zeit dargestellt ist.
Da aufgrund des langsameren Abbaus des Walzeninnendrucks die Walze
sich kurzzeitig in einem Betriebszustand befindet, in welchem der
zur Kompensation des Innendrucks von der Anstellvorrichtung erzeugte
Gegendruck fehlt, wird der Walzenmantel stark belastet, so dass
er sich durchbiegt und das Linienkraftprofil im Walzenspalt sich ändert. Bei Überlastung
besteht die Gefahr, dass die Durchbiegung zu einem Anschlagen des
Walzenmantels an dem Träger
und zu einer Beschädigung
der Walze führt.
Da ferner das Hydraulikmedium einen Druckstoß erfährt, können Insbesondere Dichtungsanordnungen
der durchbiegesteuerbaren Walze beschädigt oder zerstört werden,
wie beispielsweise die an den axialen Endbereichen des Walzenmantels
vorgesehenen Gleitringdichtungen oder die innerhalb des Ringraums
zwischen dem Walzenmantel und dem Träger vorgesehenen Dichtungsanordnungen, die
die Druckkammer begrenzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander zu schaffen,
bei welchem die Gefahr der Überbelastung
der durchbiegesteuerbaren Walze im Falle eines plötzlichen
Druckabfalls beispielsweise zum Zwecke der Notabschaltung reduziert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 wiedergegebenen Kalander gelöst.
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Dadurch,
dass bei dem erfindungsgemäßen Kalander
Mittel vorgesehen sind, mit denen eine Annäherung des zeitlichen Verlaufs
zumindest des Druckabbaus und vorzugsweise auch des Druckaufbaus
des hydraulischen Drucks für
die durchbiegesteuerbare Walze und für die Anstellvorrichtung erzielbar
ist, werden die maximal zu erwartenden Druckwerte bei einem plötzlichen
Drucklosschalten des Kalanders und damit die Gefahr einer Überbelastung
der durchbiegesteuerbaren Walze reduziert. Sind – wie bevorzugt – auch Mittel
zur Annäherung des
zeitlichen Verlaufs des Druckaufbaus in den beiden Systemen vorhanden,
so wird zuverlässig
verhindert, dass sich beim Anfahren der Walze unerwünschte Druckverhältnisse
einstellen. Optimal sind die Drücke
in den bei den Systemen aufeinander abgestimmt, wenn sich beim Lüften und
beim Anfahren der Walze sich die Linienkraft im Walzenspalt linear ab-
bzw. aufbaut und dabei über
die Länge
des Walzenspalts gleichmäßig bleibt.
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Bei
einer ersten, bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Kalanders
umfassen die Mittel Druckmesseinrichtungen, mit denen die Drücke für die Walze
und für
die Anstellvorrichtung gemessen werden, sowie mindestens eine Druckbeeinflussungseinrichtung,
mittels welcher der Druck für
die Walze in Abhängigkeit
des Drucks für
die Anstellvorrichtung und/oder der Druck für die Anstellvorrichtung in
Abhängigkeit
des Drucks für
die Walze steuer- oder regelbar ist. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Kalanders
wird mit anderen Worten der Druckverlauf in dem einen System – der durchbiegesteuerbaren
Walze oder der Anstellvorrichtung – erfasst und der Druck in
dem anderen System entsprechend eingestellt.
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Zur
Steuerung bzw. Regelung der Drücke kann
insbesondere eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinrichtung vorgesehen
sein, die mit den Druckmesseinrichtungen und mit der Druckbeeinflussungseinrichtung
verbunden ist und letztere ansteuert.
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Bei
dieser Variante des erfindungsgemäßen Kalanders sind zwar Notabschaltungen
ohne die obigen Probleme möglich,
nachteilig ist jedoch, dass diese Ausführungsform der Erfindung nur
funktionstüchtig
ist, solange die Steuer- bzw.
Regeleinrichtung sich in Betrieb befindet. Letzteres ist jedoch
gerade dann nicht der Fall, wenn die Spannungsversorgung unterbrochen
wird, was im Falle einer Versorgungsunterbrechung oder von elektrischen
Störungen
der Fall ist.
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Bei
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kalanders umfassen die
Mittel – alternativ oder
zusätzlich – ein vorzugsweise
der Walze vorgeschaltetes Schnellschlussventil, mittels welchem
der hydraulische Druck für
die Walze abschaltbar ist. Mit dieser Maßnahme wird der Druckabfall
in der durchbiegesteuerbaren Walze beschleunigt und somit die Höhe des Druckstoßes bei
einer Notabschaltung reduziert.
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Bei
einer dritten, bevorzugten Variante umfassen die Mittel – zusätzlich oder
alternativ – Drosseleinrichtungen,
mit denen der Druckabbau in der Anstellvorrichtung verlangsamt werden
kann. Hierdurch erfolgt eine weitere Angleichung der zeitlichen Druckverlaufsänderungen
in den beiden Systemen.
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Die
Drosseleinrichtungen sind vorzugsweise in eine hydraulische Rücklaufleitung
von der Anstellvorrichtung, die mindestens eine hydraulisch betätigte Kolben/Zylindereinheit
umfassen kann, eingeschaltet.
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Die
genannten Ausführungsbeispiele
der Erfindung sollen nun anhand von 3 bis 5 der beigefügten Zeichnung
weiter erläutert
werden. Es zeigen:
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3 – schematisch – ein erstes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kalanders;
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kalanders
in einer 3 entsprechenden Darstellung
sowie
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
in einer 3 und 4 entsprechenden
Darstellung.
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Der
in 3 als Ganzes mit 100 bezeichnete Kalander
umfasst ein Walzenpaar 1, welches eine obere, starr angeordnete
konventionelle Walze 2 sowie eine untere, durchbiegesteuerbare
Walze 3, die anstellbar ist, aufweist. Die beiden Walzen 2, 3 bilden zwischen
sich einen Bearbeitungsspalt 4, der im Betrieb von einer
in der Zeichnung nicht dargestellten Warenbahn durchlaufen wird.
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Die
in der Zeichnung im Längsschnitt
dargestellte durchbiegesteuerbare Walze 3 umfasst einen starren
Träger 5,
auf dem mittels Lagereinrichtungen 6, 7 ein Walzenmantel 8 rotierbar
gelagert ist.
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Die
durchbiegesteuerbare Walze 3 ist als schwimmende Walze
ausgebildet und weist hierzu auf der dem Bearbeitungsspalt 4 zugewandten
Seite über
einen Teil ihres Umfangs in dem zwischen dem Walzenmantel 8 und
dem Träger 5 gebildeten
Ringraum 9 eine Druckkammer 10 auf, welcher über eine
Zuleitung 13 Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird.
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Der
Zufuhr und Druckbeaufschlagung dieses Hydraulikmediums dient eine
Kreiselpumpe 12, mit welcher die durchbiegesteuerbare Walze 3 über die Zuleitung 13 verbunden
ist.
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An
die Zuleitung 13 ist ein Ausdehnungsgefäß angeschlossen, welches Volumenänderungen des
Druckmediums beispielsweise beim Aufheizen oder Abkühlen ausgleicht
und aufgrund der Oberhalb der Zuleitung befindlichen Druckmediensäule und eventuell
zusätzlichen
Gasdrucks das Druckmedium mit einem Grunddruck beaufschlagt.
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In
die Zuleitung 13 ist ferner ein Wärmetauscher 14 zur
Temperaturbeaufschlagung des Hydraulikmediums zum Zwecke des Aufheizens
der durchbiegesteuerbaren Walze, ein Regelventil 15, mit
dem ein Druck P1 in der Zuleitung 13 erzeugt
werden kann, gegen den die Kreiselpumpe 12 zusätzlich zum
Walzeninnendruck P2 arbeiten muss, sowie
eine Messblende 16 eingeschaltet.
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Von
der Druckkammer 10 wird das Hydraulikmedium über einen
Differenzdruckregler 17 einer in dem außerhalb der Druckkammer 10 in
dem Ringraum 9 gebildeten Leckkammer 18 mit einem
verminderten Druck zugeführt,
so dass in der Druckkammer der Druck P2 herrscht,
sich der Walzenmantel 8 der durchbiegesteuerbaren Walze 3 unter
Einwirkung der Druckkraft im Bearbeitungsspalt 4 im „schwimmenden" Zustand befindet
und sich das gewünschte Linienkraftprofil
im Bearbeitungsspalt 4 einstellt. Ändert sich der Walzeninnendruck
P2, so wird über das Regelventil der Druck
P1 derart nachgeregelt, dass die Summe P1 + P2 konstant bleibt,
um den über
die Zuleitung 13 der durchbiegesteuerbaren Walze 3 zugeführten Volumenstrom
des Hydraulikmediums konstant zu halten.
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Dem
Differenzdruckregler vorgeschaltet ist ein Drucksensor 28,
mit dem der Walzeninnendruck P2 erfasst
werden kann.
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Von
der Leckkammer 18 gelangt das Hydraulikmedium über eine
Rückführleitung 19 zurück zur Kreiselpumpe 12.
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Ferner
umfasst der Kalander 100 zwei Kolben/Zylindereinheiten 21, 22,
die Teil einer Anstellvorrichtung 23 sind, mittels welcher
die durchbiegesteuerbare Walze 3 relativ zur konventionellen
Walze 2 verlagert und der Bearbeitungsspalt 4 geschlossen und
geöffnet
werden kann. Die Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 sind
in einen Hydraulikkreis 20 eingeschaltet, der eine Druckpumpe 24 zur
Druckbeaufschlagung von in der Leitung befindlichem Druckmedium
umfasst, welches aus einem Tank 27 abgezogen wird.
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In
den Hydraulikreis 20 sind zudem ein Regelventil 25 zur
Steuerung bzw. Regelung des Drucks, mit dem die Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 beaufschlagt
werden, und ein Drucksensor 26 eingeschaltet.
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Die
Drucksensoren 26, 28 sind mit Signaleingängen 29, 30 einer
elektronischen Regeleinrichtung 31 oder auch speicherprogrammierbaren
Steuerung verbunden. In Abhängigkeit
der an den Eingängen 29, 30 anliegenden
Signale regelt die Regeleinrichtung 31 die Regelglieder
der Regelventile 17, 25. Hierzu weist die Regeleinrichtung 31 zwei
Ausgänge 32, 33 auf,
die an die Regelventile 17, 25 angeschlossen sind.
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Im
Falle des Zuschaltens des Druckes beispielsweise durch Einschalten
der Kreiselpumpe 12 regelt die Regeleinrichtung 31 über die
Regelventile 17, 25 die in der durchbiegesteuerbaren
Walze 3 und in den Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 herrschenden Druckverhältnisse
so, dass die Bauteile der Walze stets nicht über zulässige Werte hinaus belastet
werden.
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Im
Falle einer Notabschaltung regelt die Steuereinrichtung 31 den
Rückfluss
durch das Regelventil 25 in Abhängigkeit des in der Zuleitung 13 herrschenden
Drucks so, dass Druckstöße durch
einen zu schnellen Druckabfall in der Rückführleitung 24 verhindert
werden. Auch ist es möglich,
zur besonders guten Angleichung der zeitlichen Verläufe von
Druckaufbau und – abbau
in den Syste men zusätzlich
das Regelventil 17 in Abhängigkeit der von den Drucksensoren 26, 28 erfassten
Werte zu steuern bzw. zu regeln.
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In 4 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kalanders 200 dargestellt. Es
soll nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zu dem anhand von 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiel
eingegangen werden, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Bei
dem Kalander 200 wird auf eine elektronische Regeleinrichtung
und eine Beeinflussung des in den Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 der
Anstellvorrichtung 23 herrschenden Drucks vollständig verzichtet.
Dafür ist
in die Zuleitung 13 der Messblende 16 nachgeschaltet
ein Schnellschlussventil 34 eingeschaltet. Das Schnellschlussventil 34 ist
in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Weise mit der Anstellvorrichtung 23 derart
wirkverbunden, dass es im Falle eines Druckabfalles in den Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 den
Volumenstrom in der Zuleitung 13 sperrt und somit den Druckabbau über den
Differenzdruckregler 17 beschleunigt.
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Bei
dem in 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel (zwecks Vermeidung
von Wiederholungen soll nur auf die Unterschiede zu dem anhand von 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel eingegangen
werden) wurde auf das Schnellschlussventil verzichtet. Stattdessen
umfasst dieser Kalander 300 Drosseln 35, 36 in
Rücklaufleitungen 37, 38 von
dem Kolben/Zylindereinheiten 21, 22 zur Druckpumpe 24.
Die Drosseln verzögern
im Falle einer Notabschaltung den Druckabbau in den Kolben/Zylindereinheiten,
so dass wiederum der in der Zuleitung 13 beim Abschalten
entstehende Druckstoß reduziert
wird.
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Die
anhand der 3 bis 5 separat
erläuterten
Maßnahmen
zur Beeinflussung der Verläufe
von Druckaufbau und insbesondere Druckabbau in der durchbiegesteuerbaren
Walze 3 und der Anstellvorrichtung 23 können nicht
nur alternativ, sondern auch gemeinsam bei einem Kalander verwirklicht werden,
wodurch ein für
das jeweilige System optimaler Verlauf des Druckaufbaus und des
Druckabbaus erzielt werden kann.
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- 1
- Walzenpaar
- 2
- konventionelle
Walze
- 3
- durchbiegesteuerbare
Walze
- 4
- Bearbeitungsspalt
- 5
- Träger
- 6,
7
- Lagereinrichtungen
- 8
- Walzenmantel
- 9
- Ringraum
- 10
- Druckkammer
- 11
- Ausdehnungsgefäß
- 12
- Kreiselpumpe
- 13
- Zuleitung
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Mengenregelventil
- 16
- Messblende
- 17
- Differenzdruckregler
- 18
- Gegendruckkammer
- 19
- Rückführleitung
- 20
- Zuleitung
- 21
- Kolben/Zylindereinheit
- 22
- Kolben/Zylindereinheit
- 23
- Anstellvorrichtung
- 24
- Druckpumpe
- 25
- Regelventil
- 26
- Drucksensor
- 27
- Tank
- 28
- Drucksensor
- 29
- Eingang
- 30
- Eingang
- 31
- Regeleinrichtung
- 32
- Ausgang
- 33
- Ausgang
- 34
- Schnellschlussventil
- 35
- Drossel
- 36
- Drossel
- 37
- Rücklaufleitung
- 38
- Rücklaufleitung