DE102019123658A1

DE102019123658A1 - Verfahren zur Überwachung von Dichtungselementen einer fluidisch betätigten Walzenanordnung sowie Walzenanordnung

Info

Publication number: DE102019123658A1
Application number: DE102019123658.4A
Authority: DE
Inventors: Andre Hünnekens
Original assignee: Andritz Kuesters GmbH
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2021043553A1; CN114599952A

Abstract

Verfahren und fluidisch betätigte Walze (4, 19, 42), wobei Dichtungselementen (11, 12, 28, 29, 47) mit einem unter Druck stehenden Betätigungsfluid beaufschlagt werden, wobei der Druck des Betätigungsfluids mittels eines Druckventils (17, 30, 48) beeinflusst wird, und zur Erfassung des Verschleißes der Dichtungselemente (11, 12, 28, 29, 47) der Volumenstrom des Betätigungsfluids durch das Druckventil (17, 30, 48) erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Dichtungselementen einer fluidisch betätigten Walze, bei welchem die Dichtungselemente mit einem unter Druck stehenden Betätigungsfluid beaufschlagt werden, wobei der Druck des Betätigungsfluids mittels eines Druckventils beeinflusst wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine fluidisch betätigte Walze mit innerem Hub und/oder Durchbiegungsausgleich, umfassend mindestens ein Dichtungselemente aufweisendes fluidisches Stützelement und/oder mindestens eine die Dichtungselemente aufweisende Druckkammer, sowie mindestens ein Druckventil, mit dem der Druck, mit dem mindestens ein Stützelement und/oder mindestens eine Druckkammer beaufschlagt ist, beeinflussbar ist.
Fluidisch betätigte Walzen mit einem inneren Hub und/oder einem Durchbiegeausgleich sind regelmäßig mit dynamischen Dichtungselementen im inneren der Walze versehen. Der Bereitstellung des fluidischen Druckes können insbesondere komprimierte Gase oder unter Druck stehende Flüssigkeiten, insbesondere Hydraulikflüssigkeit dienen. Bei beheizten, durchbiegesteuerbaren Walzen finden auch Thermalöle Verwendung.
Derartige Walzen mit innerem Hub und/oder Durchbiegeausgleich sind regelmäßig als so genannte „stempelgestützte Walzen“ oder als so genannte „schwimmende Walzen“ ausgebildet. Sie umfassen regelmäßig einen feststehenden Träger, auf dem ein Walzenmantel rotierbar gelagert ist.
Bei stempelgestützten Walzen sind über die Länge des Trägers verteilt regelmäßig mehrere an dem Träger radial geführte, nach Art einer Kolben/Zylindereinheit ausgebildete Stützelemente vorgesehen. Die dynamischen Dichtungselemente sind gebildet von Kolbendichtungen, die den Kolben in dem zu dessen Aufnahme in dem Träger vorgesehenen Zylinderraum gegen den Austritt des diesem zugeführten Betätigungsfluids abdichtet. Eine derartige Walze ist beispielsweise aus der DE 295 03 126 U1 bekannt.
Bei einer schwimmenden Walze ist zwischen dem Träger und dem Walzenmantel regelmäßig eine Druckkammer vorgesehen, die mit dem Betätigungsfluid beaufschlagt wird, so dass eine hydraulische Stützkraft von dem Träger auf den Mantel übertragen werden kann. Diese Druckkammer, nachstehend auch als „erste Druckkammer“ bezeichnet, ist über Längs- und Stirndichtungen gegenüber einer Leckkammer, nachfolgend auch als „zweite Druckkammer“ bezeichnet, abgedichtet. Diese Längs- und Stirndichtungen bilden die dynamischen Dichtungselemente. Eine derartige Walze ist beispielsweise aus der WO 2004/097110 A1 bekannt.
Für einen störungsfreien Betrieb einer solchen Walze ist es von Nöten, dass Leckagen, die bei dynamischen Dichtungselementen regelmäßig auftreten, ein maximal zulässiges Maß nicht überschreiten. Dieses maximal zulässige Maß hängt unter anderem auch von der Leistungsfähigkeit der den fluidischen Druck bereitstellenden Einrichtung ab. Im Betrieb einer derartigen Walze ist es regelmäßig erforderlich, diese Walze mit einer bestimmten Kraft gegen ein Gegenwerkzeug, das regelmäßig ebenfalls als Walze ausgebildet ist, anstellen zu können. Diese Kraft wird auch als Linienkraft bezeichnet. Bei einer zunehmenden Leckage erhöht sich die Menge an Betätigungsfluid, die zur Aufrechterhaltung der Linienkraft den Zylinderräumen einer stempelgestützten Walze beziehungsweise der ersten Druckkammer einer schwimmenden Walze zugeführt werden muss. Kann diese Menge an Betätigungsfluid nicht bereitgestellt werden, beispielsweise weil die Leistungsfähigkeit einer hierzu vorgesehenen Hydraulikpumpe nicht ausreicht, so geht dies zwangsläufig einher mit einem Abfall des Druckes in dem jeweiligen Zylinderraum beziehungsweise in der jeweiligen ersten Druckkammer.
Hierdurch verändern sich das Linienkraftprofil und/oder die Linienkraft insgesamt, wodurch es zunächst zu Fehlproduktionen kommen kann. Sinkt der Druck des Betätigungsfluids in dem Zylinderraum beziehungsweise der ersten Druckkammer weiter ab, so kann dies im Extremfall sogar dazu führen, dass der rotierende Walzenmantel mit dem Träger mechanisch kollidiert, was zu einer Beschädigung bis hin zur Zerstörung der Walze führen kann. Auch können insbesondere die Walzenoberflächen durch ungleichmäßige Linienkraftverteilung Schaden nehmen.
Der Verschleiß der dynamischen Dichtungselemente steigt regelmäßig mit zunehmender Betriebsdauer. Zusätzlich können unerwartete Verschmutzungen zur Beeinträchtigung der Dichtfunktion der dynamischen Dichtungselemente führen, so dass die Vorhersage einer erreichbaren Betriebsdauer in der Praxis nicht zuverlässig möglich ist. Insbesondere bei beheizten schwimmenden Walzen, bei welchen das Betätigungsfluid zur Erhöhung der Temperatur des Walzenmantels vorgeheizt wird, kann es zu unerwünschten temperaturbedingten Ablagerungen kommen, die die Dichtwirkung der Dichtungselemente und/oder erforderliche Anstellbewegungen derselben erschweren. Darüber hinaus kann beispielsweise ein unerwartetes Nachlassen der Leistung einer zur Bereitstellung des Betätigungsfluids vorgesehenen Hydraulikpumpe die vorgenannten Folgen hervorrufen.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass Druckverluste mit den vorstehend beispielhaft genannten Folgen oft plötzlich und unerwartet in einem Maße eintreten, das zum Produktionsausfall führt. In diesem Fall ist zunächst eine aufwändige Fehlersuche erforderlich. Üblicherweise werden Fehler bei Komponenten zunächst in der Regelstrecke ausgeschlossen, die für die Bereitstellung des Betätigungsfluids unter dem gewünschten Druck und in der benötigten Menge erforderlich ist. Meist müssen IP-Wandler, Druckminderer, Druckregelventile, Servoventile etc. überprüft werden. Erst wenn sich herausstellt, dass Fehler in den Komponenten der Regelstrecke auszuschließen sind, kann auf die Ursache des Druckverlustes in den dynamischen Dichtungselementen geschlossen werden. Zur genauen Fehlerfeststellung und -beseitigung muss dann die Walze ausgebaut und eine Ersatzwalze eingebaut werden. Handelt es sich um eine beheizte Walze, so muss regelmäßig die Wärmeträgerflüssigkeit - meist das Betätigungsfluid - abgelassen werden. Zum Walzenwechsel erforderliche Hilfsmittel wie Werkzeuge, Transportvorrichtungen und eine Ersatzwalze müssen erst bereitgestellt werden. Das plötzliche Auftreten von unvorhergesehenen Leckagen geht daher regelmäßig einher mit langen Stillstandszeiten und Produktionsausfällen.
Die Beaufschlagung derartiger Walzen mit unter Druck stehendem Betätigungsfluid kann auf verschiedene Arten erfolgen:

1. Druckregelung im Vorlauf: Hierbei wird ein bereits geregelter Druck den Zylinderräumen der stempelgestützten Walze beziehungsweise der ersten Druckkammer der schwimmenden Walze zugeführt. Bei der stempelgestützten Walze entspricht die Leckage regelmäßig der Summe der Leckagen an den Kolbendichtungen und den Leckagen zwischen den Stützelementen und dem Walzenrohr. Bei der schwimmenden Walze entspricht die Leckage regelmäßig der Summe der Leckagen an den Stirn- und Längsdichtungen der Druckkammer. Die Regelung der Drücke kann insbesondere über verschiedene Ventile erfolgen. Beispielsweise seien zunächst Proportionalventile genannt. Kommen diese zum Einsatz, wird der Öldruck gemessen, der erfasste Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und ein Regelbaustein zur Ansteuerung der Proportionalventile mit der Ist-/Sollwertdifferenz beaufschlagt. Dieser Regelbaustein verändert auf Basis der Differenz (auch als Regelabweichung bezeichnet) das Stellsignal für das Proportionalventil. Finden beispielsweise pneumatische Druckregler Verwendung, so wird beispielsweise durch eine Maschinensteuerung aus der erfassten Ist-/Sollwertdifferenz ein Luftdruck ermittelt, der durch einen IP-Wandler bereitgestellt und dem pneumatischen Druckregler zugeführt wird.
2. Druckregelung im Rücklauf: Insbesondere bei beheizten, schwimmenden Walzen hat sich eine Druckregelung im Rücklauf aus der ersten Druckkammer bewehrt. Hierbei wird ein möglichst konstanter, beispielsweise von einer Hydraulikpumpe bereitgestellter Volumenstrom an Betätigungsfluid zunächst der ersten Druckkammer zugeführt, durchströmt diese, anschließend ein Druckventil, über das ein direkt oder indirekt einstellbarer Druck abfällt, und zuletzt die zweite Druckkammer, auch als „Leckkammer“ bezeichnet. Bei einem derartigen Ventil kann es sich grundsätzlich um jedwedes Bauteil handeln, das geeignet ist, durch Änderung eines Drosselquerschnitts einen Druckabfall zu erzeugen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei diesem Ventil um einen pneumatisch betriebenen Druckregler, der einen insbesondere durch eine Maschinensteuerung vorgebbaren, pneumatischen Druck zum Druckabfall im Volumenstrom der Walze in der Waage hält. Dieser Druckregler wird im Folgenden auch als „Differenzdruckregler“ bezeichnet. Eine prinzipiell entsprechende Druckregelung findet auch bei sogenannten „CS-Walzen“ Verwendung. Diese haben zwei erste Druckkammern, die jeweils einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweisen. Jeder Rücklauf führt über ein Druckventil. Das von dem Druckventil rückfließende Betätigungsfluid wird mit einem möglichen Leckagestrom zusammengefasst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Maßnahmen zu schaffen, durch deren Anwendung das Risiko des Auftretens eines unerwarteten Ausfalls der Walze auf Grund eines plötzlichen Druckverlusts wesentlich reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Walze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Walze sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Volumenstrom des Betätigungsfluids durch das Druckventil direkt erfasst oder es wird eine Größe gemessen, von der auf den Volumenstrom des Betätigungsfluids durch das Druckventil geschlossen werden kann. Die Erfassung des Volumenstroms oder dieser Größe erfolgt kontinuierlich oder in bestimmten, vorgegebenen Zeitintervallen. Aus dem zeitlichen Verlauf des erfassten Volumenstroms wird auf den Zustand der Dichtungselemente geschlossen. Es kann bei einer Druckregelung im Vorlauf ein Anstieg des Volumenstroms, bei der Druckregelung im Rücklauf ein Abfall des Volumenstroms als Hinweis auf eine zunehmende Leckage, und dass eine Überholung der Walze beziehungsweise deren Dichtungselemente geplant werden sollte, gewertet werden.
Für den Fall, dass bei Inbetriebnahme einer fluidisch betätigten Walze sich unerwartet der hierzu benötigte Druck des Betätigungsfluids nicht aufbaut, kann aufgrund der erfindungsgemäßen Erfassung des Volumenstroms des Betätigungsfluids durch das Druckventil ermittelt werden, ob der Fehler im Bereich der Bereitstellung des unter Druck befindlichen Betätigungsfluids liegt (beispielsweise die Funktion eines Druckreglers, einer Pumpe etc. gestört ist). In diesem Falle würde kein oder nur ein unerwartet niedriger Volumenstrom erfasst. Oder ob beschädigte Dichtungselemente für den Nichtaufbau des Druckes verantwortlich sind. In diesem Falle würde bei einer Druckregelung im Vorlauf ein unerwartet hoher Volumenstrom, bei der Druckregelung im Rücklauf ein unerwartet niedriger Volumenstrom erfasst. Eine Fehlersuche könnte beinhalten, zunächst festzustellen, ob der Differenzdruckregler arbeitet, oder z. B. ein falscher Steuerdruck bereit gestellt wird, oder ein mechanischer Fehler im Regler vorliegt. Das wäre über den Wegaufnehmer beispielsweise daran zu erkennen, dass das Ventil gar nicht fährt, oder an einem Endanschlag anliegt.
Der Volumenstrom zu den hydraulischen Stützelementen einer stempelgestützten Walze oder zur ersten Druckkammer einer schwimmenden Walze kann beispielsweise mittels eines Durchflusssensors direkt erfasst werden. Der Durchflusssensor kann hierzu in eine Zuleitung für das Betätigungsfluid eingeschaltet sein.
Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die Ventilstellung des Druckventils zu überwachen und von der Ventilstellung auf den Volumenstrom zu schließen. Hierzu kann die Ventilstellung beobachtet oder umgerechnet werden in eine Bewertungsgröße, die proportional zum Volumenstrom ist.
Bei schwimmenden Walzen wird der Volumenstrom des Betätigungsfluids regelmäßig zunächst einer ersten Druckkammer der Walze, dann dem Druckventil und schließlich einer zweiten Druckkammer der Walze (auch Leckkammer genannt) zugeführt, wobei mittels des Druckventils eine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Druckkammern eingestellt wird. Da üblicherweise der Walze ein nahezu konstanter Volumenstrom des Betätigungsfluids zugeführt wird, kann zur Erfassung des Anstiegs der Leckage zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer, die auf einen erhöhten Verschleiß von Dichtungselementen hindeutet, die Ventilstellung im Rücklauf erfasst werden. Schließt dieses Ventil zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Druckdifferenz, so kann auf einen Anstieg der inneren Leckage geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, wenn die Druckdifferenz in den ersten und zweiten Druckkammer von einem Ventilhub des Druckventils abhängig ist, den Ventilhub zu messen und mit einem vorgegebenen Ventilhub zu vergleichen. Aus einer unerwarteten Differenz kann wiederum auf einen Anstieg einer Leckage zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer und auf einen Verschleiß von Dichtungselementen geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, den Volumenstrom des Betätigungsfluids in die Zylinderräume oder die erste oder ersten Druckkammern zu messen. Bei einer Druckregelung im Rücklauf wird der Volumenstrom aus der oder den ersten Druckkammern gemessen.
Die fluidisch betätigte Walze mit innerem Hub und/oder Durchbiegeausgleich, die mindestens ein Dichtungselemente aufweisendes fluidisches Stützelement und/ oder mindestens eine Dichtungselemente aufweisende Druckkammer sowie mindestens ein Druckventil, mit dem der Druck, mit dem mindestens einen Stützelement und/oder mindestens eine Druckkammer beaufschlagt ist, beeinflussbar ist, umfasst erfindungsgemäß Mittel, mit denen ein durch das Druckventil fließender Volumenstrom an Betätigungsfluid erfassbar ist. Aufgrund der Erfassung des Volumenstroms kann durch Vergleich mit Referenzwerten, die beispielsweise in einem elektronischen Datenspeicher hinterlegt sind, auf einen fortschreitenden Verschleiß von Dichtungselementen geschlossen werden.
Die Mittel, mit denen der durch das Druckventil fließende Volumenstrom an Betätigungsfluid erfassbar ist, umfassen vorzugsweise mindestens einen Durchflussmesser.
Zusätzlich oder alternativ zu diesem Durchflussmesser können die Mittel, mit denen der durch das Druckventil fließende Volumenstrom an Betätigungsfluid erfassbar ist, eine Messvorrichtung für eine Messgröße umfassen, aus der auf den Volumenstrom des Betätigungsfluids geschlossen werden kann.
Die erfindungsgemäße, fluidisch betätigte Walze umfasst vorzugsweise eine erste und eine zweite Druckkammer und ist derart ausgebildet, dass zunächst die erste und dann die zweite Druckkammer von dem Betätigungsfluid durchflossen wird. Vorzugsweise ist das Druckventil als Differenzdruckregler ausgebildet, der bewirkt, dass das Betätigungsfluid der ersten Druckkammer unter einem höheren Druck zugeführt wird, als der zweiten Druckkammer (auch als „Leckkammer“ bezeichnet). Der Differenzdruckregler umfasst vorzugsweise einen aus einer Schließstellung verlagerbaren Ventilkörper. Die aus der Schließstellung verlagerte Strecke wird als Ventilhub bezeichnet. Die Walze umfasst dann vorzugsweise auch eine Differenzdruckmesseinrichtung, die die Differenz der in der ersten und in der zweiten Druckkammer herrschenden Fluiddrücke erfasst.
Es ist dann - besonders bevorzugt - ein Wegaufnehmer vorgesehen, der den Ventilhub erfasst. Ändert sich der Ventilhub zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz des Betätigungsfluids in der ersten und in der zweiten Druckkammer, so kann dies auf eine Änderung der Leckage hindeuten und somit im Ergebnis auf den Zustand der Dichtungselemente geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Walze einen Durchflussmesser umfassen, mit dem direkt der Volumenstrom des Betätigungsfluids in die erste oder die ersten Druckkammern erfassbar ist und/oder durch die zweite Druckkammer erfassbar ist. Eine Erhöhung des gemessenen Durchflusses weist auf einen fortschreitenden Verschleiß von Dichtungselementen hin. Weist die Walze einen Durchflussmesser auf, mit dem der Volumenstrom aus der ersten Druckkammer erfassbar ist, so weist eine Abnahme des gemessenen Durchflusses auf einen fortschreitenden Verschleiß von Dichtungselementen hin.
Der Durchflussmesser kann - wie besonders bevorzugt - eine Venturidüse, eine Messblende, eine Normdüse und/oder ein Staurohr umfassen und in geeigneter Weise in eine von dem Betätigungsfluid durchflossene Leitung integriert oder mit dieser verbunden sein.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten, rein schematischen Zeichnungen weiter verdeutlicht werden. Es zeigen:

1 einen Zweiwalzenkalander mit einer zum Stand der Technik gehörenden Walze, letztere teilgeschnitten dargestellt;
2 einen Teilbereich eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Walze, wiederum teilgeschnitten dargestellt;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze in einer 2 entsprechenden Darstellung sowie
4 eine 1 entsprechende Darstellung eines Zweiwalzenkalanders mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze.

Der in 1 als Ganzes mit K1 bezeichnete Kalander umfasst ein Kalandergestell 1, in dem eine Walze 2 über Wälzlager 3 um eine Achse A1 drehbar gelagert ist.
Der Kalander K1 umfasst des Weiteren eine Walze 4, die als schwimmende Walze ausgebildet ist. Sie umfasst einen drehfest gelagerten Träger 5, der über Hubzylinder 6 zur Walze 2 hin und von dieser fort verlagerbar an dem Kalandergestell 1 gelagert ist.
Die Walze 4 umfasst darüber hinaus einen Walzenmantel 7, der über Wälzlager 8 um eine Achse A2 rotierbar auf dem Träger 5 gelagert ist.
In der in 1 dargestellten Arbeitsposition, in welcher sich die Walze 4 im zur Walze 2 angestellten Zustand befindet, bildet der Walzenmantel 7 mit der Walze 2 einen Walzenspalt 9, durch welchen im Betrieb eine Warenbahn beispielsweise aus Papier, Vlies, Textil oder Folie zu deren Behandlung durchgeleitet wird.
Damit einer Durchbiegung der Walze 2 zwischen den Wälzlagern 3 und einer Durchbiegung des Walzenmantels 7 zwischen den Wälzlagern 8 durch Eigengewicht und insbesondere durch im Walzenspalt 9 auf den Walzenmantel 7 wirkenden Kräfte entgegengewirkt werden kann, ist die Walze 4 als so genannte „schwimmende Walze“ ausgebildet. Sie umfasst eine erste Druckkammer 10, die auf der der anderen Walze 2 zugewandten Seite zwischen dem Träger 5 und dem Walzenmantel 7 ausgebildet ist. Die erste Druckkammer ist über als Längsdichtungen 11 und Stirndichtungen 12 ausgebildete Dichtungselemente gegenüber einer zweiten Druckkammer 13, auch „Leckkammer“ genannt, abgedichtet.
Der Träger 5 weist erste Kanäle 14, die von beiden Stirnseiten in die erste Druckkammer 10 münden, und zweite Kanäle 15, die von den Stirnseiten in die zweite Druckkammer 13 münden, auf.
Es ist eine Hydraulikpumpe P vorgesehen, die über eine Zuleitung 16 an den in 1 rechts dargestellten ersten Kanal 14 angeschlossen ist. Sie dient der Zufuhr eines Betätigungsfluids, beispielsweise eines Hydrauliköls, zur ersten Druckkammer 10 mit einem konstanten Volumenstrom. Von der Druckkammer 10 gelangt das Betätigungsfluid über den in der Zeichnung links dargestellten ersten Kanal 14 zu einem Differenzdruckregler 17 ausgebildeten Druckventil und von diesem zu dem in 1 links dargestellten zweiten Kanal 15. Durch diesen wird Betätigungsfluid der zweiten Druckkammer 13 zugeleitet und gelangt von dieser über den in 1 rechten zweiten Kanal 15 und eine Leitung 18 in ein druckloses Reservoir R des Betätigungsfluids. Der Differenzdruckregler 17 bewirkt einen Druckabfall des ihn durchströmenden Betätigungsfluids, so dass das Betätigungsfluid in der ersten Druckkammer 10 in einem höheren Druck ansteht als in der zweiten Druckkammer 13. Die mit dem Differenzdruckregler 17 vorgegebene Druckdifferenz wird so gewählt, dass der in der ersten Druckkammer 10 von innen auf den Walzenmantel 7 wirkende Druck dazu führt, dass auf den Walzenmantel 7 zum Träger 5 hin gerichtete Gewichts- und Linienkräfte aus dem Walzenspalt sowie eine Durchbiegung der Walze 2 kompensiert werden, so dass der Walzenspalt 9 über seine Länge eine zumindest im wesentlichen konstante Spalthöhe aufweist.
Der Differenzdruckregler 17 ist pneumatisch angesteuert. Die Höhe des angelegten, pneumatischen Steuerdrucks PS ist ein Maß für den Sollwert des gewünschten Differenzdruckes zwischen der ersten Druckkammer 10 und der zweiten Druckkammer 13. Der Steuerdruck PS wird im Betrieb der Walze 4 von der Maschinensteuerung PLC vorgegeben. Auch der Druck, mit dem die Hubzylinder 6 im Betrieb beaufschlagt werden, wird von der Maschinensteuerung PLC vorgegeben, um so die in dem Walzenspalt 9 herrschende Linienkraft auf einen gewünschten Wert einstellen zu können.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Walze 4 umfasst des Weiteren einen Differenzdruckmesser 50, mit welchem der am Differenzdruckregler 17 abfallende Differenzdruckwert Pdiff erfasst wird. Ein unerwarteter Abfall des Differenzdruckistwertes lässt darauf schließen, dass mehr Betätigungsfluid aus der ersten Druckkammer 10 in die zweite Druckkammer 13 unter Umgehung des Differenzdruckreglers 17 gelangt, und kann einen Totalausfall von Dichtungselementen bedeuten, was eine sofortige Stilllegung des Kalanders erfordern kann.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß weitergebildeten Walze 19- teilweise -dargestellt. Bei der Walze 19 handelt es sich wiederum um eine schwimmende Walze mit einem drehfest gelagerten Träger 20 und einem rotierbar um diesen gelagerten Walzenmantel 21. Bei der Walze 19 ist der Walzenmantel 21 auf dem Träger 20 außen gelagert. Hierzu ist auf dem Träger 20 ein Lagerdom 22 angeordnet, der einen Bereich erweiterten Durchmessers 23 umfasst. Im Bereich 23 ist ein Wälzlager 24 vorgesehen, welches von außen auf einen Bereich 25 kleineren Durchmessers des Walzenmantels 21 wirkt.
Die Walze 19 umfasst wiederum eine erste Druckkammer 26 und eine zweite Druckkammer 27, auch Leckkammer genannt. Die ersten und zweiten Druckkammern 26, 27 sind wiederum zwischen dem Träger 20 und dem Walzenmantel 21 ausgebildet und über Längsdichtungen 28 und Stirndichtungen 29 umfassende Dichtungselemente voneinander getrennt.
In 2 ist lediglich ein linker Bereich dieser Walze, an der ein Differenzdruckregler 30 vorgesehen ist, wiedergegeben. Es versteht sich, dass der in der Zeichnung nicht wiedergegebene, rechte Bereich der Walze 19 in entsprechender Weise ausgestaltet und auf dem Träger außen gelagert sein kann. Lediglich ist kein Differenzdruckregler vorgesehen, sondern Betätigungsfluid wird der ersten Druckkammer 26 zugeführt und von der zweiten Druckkammer 27 abgeführt, beispielsweise wie zu 1 beschrieben.
Nachfolgend soll nun die Ausbildung und Wirkungsweise des Differenzdruckreglers 30 dieser erfindungsgemäßen Walze beschrieben werden:
Der Differenzdruckregler 30 umfasst einen Ventilkörper 31, der einen ersten Ventilteller 32, einen zweiten Ventilteller 33 und ein die beiden Ventilteller 32, 33 miteinander verbindendes Verbindungsbauteil 34 umfasst. Der erste Ventilteller 32 ist in einem Pneumatikzylinder 35 angeordnet, der mit einem auf den ersten Ventilteller 32 wirkenden Steuerdruck PS beaufschlagbar ist. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt der pneumatische Druck eine den Ventilkörper 31 nach rechts drückende Kraft. Der Ventilkörper 31 ist in Längsrichtung seines Verbindungsbauteils 34 relativ zum Träger 20 und dem Lagerdom 22 verlagerbar angeordnet. In dem Träger 20 ist ein Kanal 36 vorgesehen, welcher in die erste Druckkammer 26 mündet und in dem Betätigungsfluid mit dem in der Druckkammer 26 herrschenden Druck PD ansteht. Der Kanal 36 mündet an seinem anderen Ende in eine Hydraulikdruckkammer 37, die durch den zweiten Ventilteller 33 verschließbar oder freigebbar ist. Im freigegebenen Zustand ist die Hydraulikkammer 37 fluidisch mit Rückkanälen 38 verbunden, die in die zweite Druckkammer 27 münden.
Ventilkörper 31, Pneumatikzylinder 35 und Hydraulikdruckkammer 37 sind derart konzipiert, dass der zweite Ventilteller 33 die Hydraulikdruckkammer 37 nach außen, insbesondere gegenüber den Rückkanälen 38 verschließt, wenn die auf den zweiten Ventilteller 33, durch den hydraulischen Druck PD in der ersten Druckkammer 26 wirkende Kraft kleiner ist als die auf den ersten Ventilteller 32 aufgrund des pneumatischen Steuerdrucks PS wirkende Kraft. Wird nun - wie auch bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel - Betätigungsfluid der ersten Druckkammer 26 beispielsweise mit einem konstanten Volumenstrom zugeführt, so wird sich in der ersten Druckkammer 26 und somit in der Hydraulikdruckkammer 37 ein Hydraulikdruck aufbauen der ansteigt, bis der Ventilkörper 31 unter Überwindung der durch den Steuerdruck PS auf den ersten Ventilteller 32 wirkenden Kraft die Hydraulikdruckkammer freigibt und durch die Rückkanäle 38 Betätigungsfluid in die zweite Druckkammer 27 und von dieser in ein druckloses Betätigungsfluidreservoir gelangen kann. Die Druckdifferenz Pdiff des Betätigungsfluids in der ersten Druckkammer 26 und in der zweiten Druckkammer 27 ist daher durch Veränderung des Steuerdrucks PS beeinflussbar.
Wie aus der oben beschriebenen Funktionsweise und in Anschauung der 2 sinnfällig wird, führt eine Zunahme einer Leckage zwischen der ersten Druckkammer 26 und der zweiten Druckkammer 27 dazu, dass zur Aufrechterhaltung der in den beiden Druckkammern herrschenden Druckdifferenz PDiff sich der Ventilkörper bei einem konstanten Steuerdruck PS nach rechts verlagert. Zur Erfassung dieser Bewegung ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze ein Wegaufnehmer 39 vorgesehen, mit welchem der Ventilhub H beziehungsweise die jeweilige Position des Ventilkörpers 31 erfassbar ist. Das Funktionsprinzip des Wegaufnehmers 39 kann beispielsweise induktiv sein, sein Stellglied kann durch eine Feder angestellt sein. Sein dem jeweiligen Ventilhub charakterisierendes Ausgangssignal HS kann dementsprechend ebenfalls analog sein, beispielsweise als Strom im Miliamperebereich, dessen Höhe von dem Ventilhub abhängt.
Durch Überwachung des Ausgangssignals HS des Wegaufnehmers 39 ist es somit möglich, eine Erhöhung der Leckage zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer 26, 27 durch Messung des Ventilhubs zu detektieren, wodurch auf einen fortschreitenden Verschleiß der die ersten und zweiten Druckkammern 26, 27 voneinander trennenden Dichtungselemente geschlossen werden kann.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze ist in einer 2 entsprechenden Darstellung in 3 wiedergegeben. Nachfolgend sollen lediglich die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel wiedergegeben werden. Zwecks Vermeidung von Wiederholungen sei auf die Ausführungen zu 2 verwiesen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen sich entsprechende Bauteile.
Im Unterschied zur Walze 19 wird bei der in 3 dargestellten Walze 40 nicht der Ventilhub H beziehungsweise die Ventilstellung des Ventilkörpers 31 des Differenzdruckreglers 30 erfasst, sondern es wird der Durchfluss an Betätigungsfluid durch den Kanal 36 gemessen, welcher die erste Druckkammer 26 mit dem Differenzdruckregler 30 verbindet. Hierzu ist ein Durchflussmesser 51 vorgesehen, der in dem Kanal 36 eine Querschnittsreduzierung in Form einer Venturidüse 41 umfasst. Die sich aufgrund der Querschnittsverjüngung ergebene Druckdifferenz zum Druck im nicht verjüngten Kanal PA/PB wird gemessen, wodurch der Volumenstrom V durch den Kanal 36 erfassbar ist. Sinkt dieser unerwartet ab, so kann wiederum auf eine Erhöhung der Leckage zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer sowie auf einen fortschreitenden Verschleiß der die ersten und zweiten Druckkammern 26, 27 voneinander trennenden Dichtungselemente geschlossen werden.
In 4 ist in einer 1 entsprechenden Darstellung ein Kalander K2 mit einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Walze 42 dargestellt. Bei dieser Walze 42 handelt es sich um eine so genannte stempelgestützte Walze. Sie weist einen Träger 43 auf, welcher in an sich bekannter, in der Zeichnung nicht dargestellter Weise mehrere an dem Träger 43 radial geführte, nach Art einer Kolben/Zylindereinheit ausgebildete Stützelemente 44 trägt. Die Stützelemente 44 wirken auf einen Walzenmantel 45, der über Wälzlager 46 auf dem Träger 43 rotierbar gelagert ist. Zur Durchbiegungssteuerung der Walze 42 wird jedes dieser Stützelemente mit Betätigungsfluid beaufschlagt, welches von einer Pumpe P bereitgestellt wird. Der Druck P1 ... P8, unter dem jedes Stützelement 44 mit Betätigungsfluid beaufschlagt ist, wird mit Hilfe eines dem jeweiligen Stützelement 44 zugeordneten Druckventils 48 individuell eingestellt. Erfindungsgemäß werden zusätzlich die Volumenströme Q1 ... Q8 des den Stützelementen 44 zugeführten Betätigungsfluids mit Hilfe von Durchflussmessern 49 gemessen. Aus einem unerwarteten Anstieg kann auf einen fortschreitenden Verschleiß von Dichtungselementen 47 des jeweiligen Stützelements 44 geschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Kalandergestell
2: Walze
3: Wälzlager
4: Walze
5: Träger
6: Hubzylinder
7: Walzenmantel
8: Wälzlager
9: Walzenspalt
10: erste Druckkammer
11: Längsdichtungen
12: Stirndichtungen
13: zweite Druckkammer
14: erste Kanäle
15: zweite Kanäle
16: Leitung
17: Differenzdruckregler
18: Leitung
19: Walze
20: Träger
21: Walzenmantel
22: Lagerdom
23: Bereich
24: Wälzlager
25: Bereich
26: erste Druckkammer
27: zweite Druckkammer
28: Längsdichtungen
29: Stirndichtungen
30: Differenzdruckregler
31: Ventilkörper
32: erster Ventilteller
33: zweiter Ventilteller
34: Verbindungsbauteil
35: Pneumatikzylinder
36: Kanal
37: Hydraulikdruckkammer
38: Rückkanäle
39: Wegaufnehmer
40: Walze
41: Venturidüse
42: Walze
43: Träger
44: Stützelemente
45: Walzenmantel
46: Wälzlager
47: Dichtungselemente
48: Druckventile
49: Durchflussmesser
50: Differenzdruckmesser
51: Durchflussmesser
A1: Achse
A2: Achse
H: Hub
HS: Signal
K1: Kalander
K2: Kalander
P: Hydraulikpumpe
PA: Druck
PB: Druck
P1 ... P8: Drücke
PS: pneumatischer Steuerdruck
PDiff: Differenzdruck
PD: Druck
PL: Druck
PS: Steuerdruck
PLC: Maschinensteuerung
Q1 ... Q8: Volumenströme
R: Reservoir

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29503126 U1 [0004]
WO 2004/097110 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Überwachung von Dichtungselementen (28, 29, 47) einer fluidisch betätigten Walze, bei welchem die Dichtungselemente (28, 29, 47) mit einem unter Druck stehenden Betätigungsfluid beaufschlagt werden, wobei der Druck des Betätigungsfluids mittels eines Druckventils (30, 48) beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckventil (30, 48) der Volumenstrom des Betätigungsfluids durch das Druckventil (30, 48) oder einer Größe, von der auf den Volumenstrom des Betätigungsfluids durch das Druckventil (30, 48) geschlossen werden kann, erfasst und auf den Zustand der Dichtungselemente (28, 29, 47) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom mittels eines Durchflussmessers (49) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstellung des Druckventils (30, 48) überwacht und von der Ventilstellung auf den Volumenstrom geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Betätigungsfluids zunächst einer ersten Druckkammer (26) der Walze (19), dann dem Druckventil (30) und schließlich einer zweiten Druckkammer (27) der Walze (19) zugeführt wird, wobei mittels des Druckventils (30) eine Druckdifferenz (PDiff) in den ersten und zweiten Druckkammern (26; 27) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz (PDiff) in den ersten und zweiten Druckkammern (26; 27) von einem Ventilhub (H) des Druckventils (30) abhängig ist, der Ventilhub (H) gemessen und bei einer Veränderung des Ventilhubes zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz (PDiff) auf einen Verschleiß der Dichtungselemente (28, 29) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Betätigungsfluids in die erste und/oder aus der ersten Druckkammer (26; 27) gemessen wird.
Fluidisch betätigte Walze (19, 42) mit innerem Hub und/oder Durchbiegeausgleich, umfassend - mindestens ein Dichtungselemente (47) aufweisendes fluidisches Stützelement (44) und/oder mindestens eine Dichtungselemente (28, 29) aufweisende Druckkammer (26, 27) - mindestens ein Druckventil (30, 48), mit dem der Druck, mit dem mindestens ein Stützelement (44) und/oder mindestens eine Druckkammer (26, 27) beaufschlagt wird, beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (19, 42) Mittel umfasst, mit denen ein durch das Druckventil (30, 48) fließender Volumenstrom des Betätigungsfluids erfassbar ist.
Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens einen Durchflussmesser (49) umfassen.
Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Messeinrichtung für eine Messgröße umfassen, aus der auf den Volumenstrom des Betätigungsfluids geschlossen werden kann.
Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste und eine zweite Druckkammer (26; 27) umfasst und derart ausgebildet ist, dass zunächst die erste Druckkammer (26) und dann die zweite Druckkammer (27) von dem Betätigungsfluid durchflossen wird.
Walze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenzdruckmesseinrichtung vorgesehen ist, die die Differenz der in der ersten und in der zweiten Druckkammer (26, 27) herrschenden Fluiddrucke erfasst.
Walze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckventil (30) als einen Ventilhub (H) aufweisender Differenzdruckregler (30) ausgebildet ist, der einen Wegaufnehmer (39) aufweist, der den Ventilhub (H) erfasst.
Walze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussmesser (51) vorgesehen ist, mit dem der Volumenstrom des Betätigungsfluids durch einen die erste Druckkammer (26) mit dem Differenzdruckregler (30) verbindenden Kanal (36) und/oder durch einen den Differenzdruckregler (30) mit der zweiten Druckkammer (27) verbindenden Rückkanal (38) erfassbar ist.
Walze nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (51) eine Venturidüse (41), eine Messblende, eine Normdüse und/oder ein Staurohr umfasst.