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Die
Erfindung betrifft eine Heizwalzenanordnung, insbesondere für
einen Kalander, mit einer Walze und einer Heizeinrichtung, die eine
sich zumindest über eine Arbeitsbreite der Walze erstreckende
Induktoranordnung aufweist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizwalzenanordnung,
bei dem man eine Walze durch eine sich zumindest über eine Arbeitsbreite
der Walze erstreckende Induktoranordnung beheizt.
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Eine
derartige Heizwalzenanordnung und ein derartiges Verfahren sind
beispielsweise aus
DE 10
2005 022 960 A1 bekannt. Die Induktoranordnung erstreckt
sich nicht nur über die gesamte axiale Länge des
Walzenkörpers, sondern auch noch über die Zapfenscheiben
an den beiden axialen Enden des Walzenkörpers, die einen
geringeren Durchmesser als der Walzenkörper aufweisen.
Um bei hohen Temperaturen der Heizwalze die mit der Heizwalze erzielbaren
Beeinflussungsmöglichkeiten verbessern zu können,
ist die Induktoranordnung in Axialrichtung an eine durch die unterschiedlichen
Durchmesser von Walzenkörper und Zapfenscheibe gebildete
Oberflächenkontur angepasst.
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Eine
andere Heizwalzenanordnung ist aus
DE 10 2005 034 059 A1 bekannt.
Hier erstreckt sich die Induktoranordnung über eine Arbeitsbreite
der Walze. Eine Bahn mit maximal dieser Breite kann dann mit Hilfe
der Heizwalze behandelt werden. Um auch schmalere Bahnen behandeln
zu können, weist die Induktoranordnung eine veränderbare
wirksame Länge auf.
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Eine
Induktoranordnung, die sich über die Arbeitsbreite der
Walze erstreckt, hat gegenüber einer Heizeinrichtung, die
parallel zur Arbeitsbreite der Walze in mehrere Abschnitte unterteilt
ist, den Vorteil, dass man über die gesamte Arbeitsbreite
eine im Wesentlichen gleiche Heizleistung erzeugen kann. Bei unterteilten
Heizeinrichtungen entsteht immer das Problem, dass sich ein Übergangsbereich
ergibt, in dem eine andere Heizleistung erzeugt wird als unmittelbar
unter einem Heizer. Diese Ungleichmäßigkeit wird
auch nur dann beschränkt vermindert, wenn man die einzelnen
Heizer verschränkt oder überlappen lässt.
Allerdings ergeben sich bei Ausfall eines Heizers Probleme, die
bis zum Ausschuss der mit der Heizwalzenanordnung behandelten Bahn
führen können. Wenn nämlich ein Heizer
ausfällt, ergibt sich ein Streifen auf der Bahn, der andere
Glanz-, Glätte- und Dickenprofile aufweist als der Rest
der Bahn.
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Eine
sich über die Arbeitsbreite der Walze erstreckende Induktoranordnung
ist jedoch insbesondere bei größeren Walzenbreiten
(d. h. axialen Längen der Walzen) vielfach nicht in der
Lage, die erforderliche Heizleistung zu erzeugen. Je länger
die Induktoranordnung wird, desto größer ist ihr
elektrischer Widerstand. Dementsprechend lässt sich die von
einer Induktoranordnung abgebbare Heizleistung nicht beliebig steigern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalzenanordnung mit
ausreichender Heizleistung bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Heizwalzenanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass in Umfangsrichtung der Walze verteilt
mindestens eine weitere Induktoranordnung angeordnet ist und die
Summe der von den Induktoranordnungen erzeugbaren Heizleistung mindestens
dem Leistungsbedarf der Walze entspricht.
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Mit
dieser Ausgestaltung verwendet man mindestens eine zusätzliche
Induktoranordnung. Die Induktoranordnungen wirken dann, wenn sich
die Walze dreht, in Folge auf einzelne Umfangsabschnitte der Walze.
Jede Induktoranordnung führt jedem Umfangsabschnitt eine
gewisse Heizleistung zu. Auch wenn die einzelnen Induktoranordnungen
dann in Umfangsrichtung unterschiedliche Entfernungen zu dem Nip
haben, in dem eine Bahn behandelt werden soll, sind sie jedoch in
der Lage, in Summe die Heizleistung zuzuführen, die die
Heizwalze benötigt, um die gewünschte Behandlung
der Bahn durchzuführen. Wenn eine Induktoranordnung aufgrund
eines Defekts oder dergleichen ausfällt, dann kann man
mit der Heizwalzenanordnung immer noch weiter produzieren. Allerdings
wäre es dann erforderlich, die Geschwindigkeit zu reduzieren,
so dass die Heizwalze einen geringeren Leistungsbedarf hat. Je größer
die Geschwindigkeit der Bahn und damit auch die Rotationsgeschwindigkeit
der Heizwalze ist, desto größer ist der Leistungsbedarf
der Walze an Heizleistung.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine Induktoranordnung mehr vorgesehen als zur Deckung
des Leistungsbedarfs erforderlich ist. Dies ermöglicht eine
gewisse Reservehaltung. Wenn eine Induktoranordnung, die man auch
als ”Modul” bezeichnen kann, ausfällt,
dann kann man mit den verbleibenden Induktoranordnungen ohne Qualitätseinbuße
weiterfahren.
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Dies
ist in einer Alternative dadurch möglich, dass die Induktoranordnungen
einzeln an- und abschaltbar sind. Man kann die Heizwalzenanordnung dann
so betreiben, dass von vorneherein nicht alle Induktoranordnungen
in Betrieb sind, sondern eine oder mehrere Induktoranordnungen in
Reserve gehalten werden. Wenn dann eine im Betrieb befindliche Induktoranordnung
ausfällt, beispielsweise aufgrund eines Defekts, dann kann
eine der überzähligen Induktoranordnungen in Betrieb
genommen werden.
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In
einer anderen Alternative, die auch zusätzlich verwendet
werden kann, kann vorgesehen sein, dass die von einzelnen Induktoranordnungen erzeugbare
Heizleistung auf einen vorbestimmten Anteil an der maximal erzeugbaren
Heizleistung einstellbar ist. In diesem Fall können mehrere
oder auch alle Induktoranordnungen gleichzeitig betrieben werden,
allerdings unterhalb ihrer maximal abgebbaren Heizleistung. Die
Summe der verminderten Heizleistungen reicht aber aus, um den Leistungsbedarf
der Walze zu decken. Wenn dann eine Induktoranordnung ausfällt,
dann wird die Heizleistung der übrigen Induktoranordnungen
erhöht, so dass die erhöhte Heizleistung wiederum
ausreicht, um den Leistungsbedarf der Walze zu decken.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass man in Umfangsrichtung verteilt mehrere Induktoranordnungen
verwendet und den von der Walze benötigten Leistungsbedarf
durch die Summe der Heizleistungen der einzelnen Induktoranordnungen
deckt.
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In
diesem Fall ist es nicht mehr erforderlich, die gesamte von der
Walze benötigte Heizleistung über eine einzelne
Induktoranordnung zu decken. Man kann vielmehr zwei oder mehr Induktoranordnungen
verwenden, die in Umfangsrichtung der Walze verteilt angeordnet
sind. Durch die räumliche Anordnung in Umfangsrichtung
ist im Übrigen eine praktisch beliebige Anpassung an unterschiedliche Durchmesser
der Walze möglich. Hierzu muss man lediglich die Halterung
der Induktoranordnungen anpassen. Dies ergibt konstruktiven Freiraum
bei Umbauprojekten, wo der verfügbare Bauraum vielfach eingeschränkt
ist.
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Vorzugsweise
verwendet man mindestens eine Induktoranordnung mehr als zur Deckung
des Leistungsbedarfs erforderlich ist. Wie oben erwähnt, dient
dies zur ”Reservehaltung”, bildet also eine vorbeugende
Maßnahme für den Fall, dass eine Induktoranordnung
ausfällt.
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Hierbei
ist von Vorteil, wenn man mindestens eine Induktoranordnung außer
Betrieb hält und bei Ausfall einer anderen Induktoranordnung
zuschaltet. Dementsprechend wird der Leistungsbedarf der Walze durch
eine gewisse Anzahl von Induktoranordnungen gedeckt. Mindestens
eine weitere Induktoranordnung wird in Reserve gehalten, aber nicht
eingeschaltet oder betrieben. Wenn dann eine Induktoranordnung ausfällt,
dann kann man die bislang nicht verwendete Induktoranordnung verwenden,
um die dann fehlende Heizleistung wieder zur Verfügung
zu stellen. Die Heizwalzenanordnung kann dann praktisch ohne Unterbrechung
oder nur mit einer zeitlich geringen Unterbrechung weiter betrieben
werden.
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Alternativ
dazu kann vorgesehen sein, dass man mehrere Induktoranordnungen
mit einem Teil ihrer vollen Leistung betreibt und bei Ausfall einer
Induktoranordnung die Leistung mindestens einer Induktoranordnung
erhöht. Wenn man beispielsweise fünf Induktoranordnungen
am Umfang der Walze verteilt hat, dann reicht es aus, wenn man jede
Induktoranordnung mit 80% ihrer Leistung betreibt. Wenn dann eine
der Induktoranordnungen ausfällt, werden die verbleibenden
Induktoranordnungen auf 100% Leistungsabgabe erhöht. Diese
Variante ist eine schonende Lösung. Sie bietet darüber
hinaus den Vorteil, dass alle Induktoranordnungen immer betriebsbereit
sind und nur in der Leistung angepasst werden müs sen. Ein
Fehler, der zum Ausfall einer Induktoranordnung führt,
zeigt sich dann relativ frühzeitig, so dass geeignete Gegenmaßnahmen
getroffen werden können.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Heizwalzenanordnung,
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2 eine
Vorderansicht der Heizwalzenanordnung,
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3 eine
perspektivische Ansicht der Heizwalzenanordnung und
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4 eine
perspektivische Ansicht der Heizwalzenanordnung aus einem anderen
Sichtwinkel.
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Eine
Heizwalzenanordnung 1 weist eine Walze 2 und mehrere
am Umfang der Walze verteilte Induktoranordnungen 3–7 auf.
Jede Induktoranordnung 3–7 erzeugt in
der Oberfläche der Walze 2, die zu diesem Zweck
elektrisch leitfähig sein muss, Wirbelströme.
Die Wirbelströme wiederum erzeugen eine elektrische Verlustleistung,
die zu einer Temperaturerhöhung der Oberfläche
der Walze 2 führt. Wenn die Walze 2 in
einem Kalander mit einer gestrichelt dargestellten Gegenwalze 8 zusammenwirkt, dann
wird eine Papierbahn, die durch einen Nip 9 zwischen der
Walze 2 und der Gegenwalze 8 geführt ist,
mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt.
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Jede
der Induktoranordnungen 3–7 kann eine
bestimmte Heizleistung an die Walze 2 übertragen.
Die Walze selbst hat einen bestimmten Leistungsbedarf. Der Leistungsbedarf
richtet sich u. a. danach, mit welcher Geschwindigkeit die Papierbahn (oder
eine andere Bahn) durch den Nip 9 geführt wird,
welche Wärme der Papierbahn zugeführt werden soll
und wie groß die Verluste der Heizwalze 2 in die
Umgebung sind. Der Leistungsbedarf der Walze 2 lässt
sich aber im Voraus errechnen oder zumindest so weit abschätzen,
dass man die Induktoranordnungen 3–7 entsprechend
dimensionieren kann.
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Im
vorliegenden Fall verwendet man mindestens eine Induktoranordnung 3–7 mehr,
als an und für sich zur Heizleistungs-Versorgung der Walze
erforderlich ist. Wenn beispielsweise die Walze einen Leistungsbedarf
von 400 kW hat, dann verwendet man Induktoranordnungen 3–7,
von denen jede 100 kW Heizleistung auf die Walze 2 übertragen
könnte.
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Die
100 kW Heizleistung einer Induktoranordnung 3–7 bilden
dann eine Reserve. Man kann dann so vorgehen, dass man die Heizwalzenanordnung 1 mit
nur vier Induktoranordnungen 3–6 betreibt und
eine Induktoranordnung 7 in Reserve hält. Wenn dann
eine der im Betrieb befindlichen Induktoranordnungen 3–6 ausfällt,
kann man die verbleibende Induktoranordnung 7 zuschalten,
so dass wiederum die volle, dem Leistungsbedarf der Walze 2 entsprechende
Heizleistung auf die Walze 2 übertragen wird.
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Man
kann auch alle Induktoranordnungen 3–7 gleichzeitig
betreiben, aber mit verminderter Heizleistung, im vor liegenden Fall
beispielsweise 80 kW. Wenn dann eine Induktoranordnung 5 ausfällt, dann
wird die Heizleistung der verbleibenden Induktoranordnungen 3, 4, 6, 7 auf
100 kW erhöht, so dass wiederum die geforderten 400 kW
zur Verfügung stehen.
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Die
Induktoranordnungen 3–7 erstrecken sich,
wie dies aus den 2 bis 4 erkennbar
ist, über die gesamte axiale Länge der Walze 2.
Es ergeben sich also keine Übergangszonen entlang der axialen
Erstreckung oder ”Breite” der Walze, in denen eine
ungleichmäßige Heizleistungs-Übertragung
und damit auch eine ungleichmäßige Temperatur
auftreten könnte.
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Wenn
mehr als eine Induktoranordnung 3–7 ausfallen
würde, was aufgrund der beschriebenen Auslegung an und
für sich nicht zu befürchten ist, dann ist ein
Weiterbetrieb der Heizwalzenanordnung 1 immer noch möglich,
wobei man die fehlende Heizleistung dann durch eine reduzierte Geschwindigkeit kompensieren
kann.
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Die
Auslegung einer derartigen Heizwalzenanordnung 1 ist relativ
einfach. Man kann die benötigte Leistung einfach skalieren,
indem man bei einem höheren Leistungsbedarf entsprechend
mehr Induktoranordnungen verwendet.
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Da
man einzelne Induktoranordnungen verwendet, kann man relativ leicht
eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der Walze 2 durchführen.
Im Grunde wäre dann nur eine Änderung der nicht
näher dargestellten Halterung für die Induktoranordnungen 3–7 notwendig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005022960
A1 [0003]
- - DE 102005034059 A1 [0004]