DE102021124379A1

DE102021124379A1 - Betriebsverfahren einer Vorrichtung sowie Vorrichtung zur Behandlung einer vorlaufenden Warenbahn

Info

Publication number: DE102021124379A1
Application number: DE102021124379.3A
Authority: DE
Inventors: Andre Hünnekens
Original assignee: Andritz Kuesters GmbH
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Bei einem Betriebsverfahren und einer Vorrichtung (100) zur Behandlung einer vorlaufenden Warenbahn (W) unter einer Bearbeitungskraft (FL) in einem Bearbeitungsspalt (1), der zwischen einer hydraulisch biegesteuerbaren Walze (2) und einem Gegenwerkzeug (3) gebildet ist, wobei die biegesteuerbare Walze (2) einen Walzenmantel (5) umfasst, der um einen Träger (7) rotierbar angeordnet ist, wobei sich der Walzenmantel (5) über hydraulische Stützmittel (6), die mit unter hydraulischem Stützdruck (PS) stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar sind, sodass sie eine Stützkraft (FS) in einer radialen Wirkrichtung (WL) bewirken, auf dem Träger (7) abstützt, wobei zum Bewirken der Bearbeitungskraft (FL) variabel beaufschlagbare Krafterzeugungsmittel (19) vorgesehen sind, die auf die biegesteuerbare Walze (2) und/oder auf das Gegenwerkzeug (3) wirken, sind Mittel vorgesehen, mittels welchen die radiale Wirkrichtung (WL) während des Betriebs der Vorrichtung (100) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren einer Vorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Behandlung einer vorlaufenden Warenbahn unter einer Bearbeitungskraft in einem Bearbeitungsspalt, der zwischen einer hydraulisch biegesteuerbaren Walze und einem Gegenwerkzeug gebildet ist, wobei die biegesteuerbare Walze einen Walzenmantel umfasst, der um einen Träger rotierbar angeordnet ist, wobei sich der Walzenmantel über hydraulische Stützmittel, die mit unter hydraulischem Stützdruck stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar sind, sodass sie eine Stützkraft in einer radialen Wirkrichtung bewirken, auf dem Träger abstützt, wobei zum Bewirken der Bearbeitungskraft variabel beaufschlagbare Krafterzeugungsmittel vorgesehen sind, die auf die biegesteuerbare Walze und/oder auf das Gegenwerkzeug wirken.
Das Gegenwerkzeug kann insbesondere als starre Walze oder ebenfalls als biegesteuerbare Walze ausgebildet sein.
Biegesteuerbare Walzen der vorgenannten Art sind bereits seit längerem bekannt. Die hydraulischen Stützmittel können eine zwischen dem Träger, auch Querhaupt genannt, und dem Walzenmantel auf der Seite des Trägers, die dem mittels der biegesteuerbaren Walze gebildeten Bearbeitungsspalt zugewandt ist, angeordnete Druckkammer umfassen. Eine Beaufschlagung der Druckkammer mit einem hydraulischen Druckmedium bewirkt dann, dass auf den Walzenmantel eine Kraft erzeugt wird, die zu einer Veränderung der Durchbiegung des Walzenmantels in seiner Längserstreckung führt und somit das Bearbeitungskraftprofil im Bearbeitungsspalt beeinflusst.
Bei einer anderen Variante der biegesteuerbaren Walzen umfassen die hydraulischen Stützmittel mehrere, meist entlang der Wirkungsebene der Walze angeordnete, hydraulische Stützelemente, über welche sich der den Walzenmantel auf dem Träger abstützt. Werden die hydraulischen Stützelemente einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlichen hydraulischen Drucken beaufschlagt, so kann das in dem Bearbeitungsspalt herrschende Bearbeitungskraftprofil beeinflusst werden, indem eine eventuelle Durchbiegung des Walzenmantels mithilfe der unterschiedlichen hydraulischen Drucke korrigiert wird.
Die Größe der Bearbeitungskraft, die über die Länge des Bearbeitungsspalts zwischen der durchbiegesteuerbaren Walze und dem Gegenwerkzeug wirkt, wird zumindest im Wesentlichen von der Kraft bestimmt, die mithilfe der Krafterzeugungsmittel in der Wirkebene des Walzenspalts wirken. Grundsätzlich gilt: Je größer die Bearbeitungskraft ist, desto größer ist die Durchbiegung des Walzenmantels, und desto höher ist der hydraulische Stützdruck, mit dem das Hydraulikmedium beaufschlagt werden muss, damit aufgrund der hydraulischen Stützmittel die Durchbiegung des Walzenmantels korrigiert wird.
Problematisch ist regelmäßig die Korrektur der Durchbiegung des Walzenmantels bei einer geringen Bearbeitungskraft im Bearbeitungsspalt, da hierzu regelmäßig lediglich eine nur kleine Durchbiegung des Walzenmantels zu korrigieren ist, die die Beaufschlagung der hydraulischen Stützmittel mit nur geringem hydraulischen Stützdruck erfordert. Dieser ist unter anderem aus folgenden Gründen regelmäßig nur schwer bereitstellbar:

- Geringe hydraulische Drucke sind grundsätzlich schwierig einzustellen, zu regeln und zu reproduzieren.
- Zur Überwindung von Reibungen bspw. in Stützelementen und/oder zum Ausgleich von Druckverlusten sind Mindestdrucke notwendig, unter die sich ein minimaler hydraulischer Stützdruck nicht ohne weitere Maßnahmen reduzieren lässt, wenn die Biegesteuerbarkeit der Walze nicht gefährdet werden soll.

Der Betrieb einer biegesteuerbaren Walze erfordert somit regelmäßig einen minimalen, auf den Walzenmantel wirkenden Stützdruck.
Insbesondere, wenn für die gewünschte Behandlung der vorlaufenden Warenbahn lediglich eine geringe Bearbeitungskraft in dem Bearbeitungsspalt erforderlich ist, kann der minimale hydraulische Stützdruck bewirken, dass dieser eine größere Durchbiegung des Walzenmantels bewirkt, als zur Korrektur der Durchbiegung aufgrund der Bearbeitungskraft erforderlich wäre. Eine Verkleinerung der Höhe des Bearbeitungsspalts von den Längsenden zur Mitte hin könnte die Folge sein.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es aus der DE 10 2006 037 112 A1 bekannt, die durchbiegesteuerbare Walze derart anzuordnen, dass die Resultierende der von den hydraulischen Stützmitteln ausgeübten Stützkräfte nicht in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkt, sondern schräg unter einem Winkel dazu, d. h. mit einer im Kräfteparallelogramm zu dieser Richtung senkrechten Komponente. Hierdurch ist die Durchbiegung der biegesteuerbaren Walze in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts bei einem bestimmten hydraulischen Stützdruck gegenüber einer Ausrichtung in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts zwar reduziert. Nachteilig ist jedoch, dass ein Durchbiegen der durchbiegesteuerbaren Walze mit einer Komponente senkrecht zur Wirkebene des Bearbeitungsspalts in Kauf genommen werden muss, die in der Praxis zu unerwünschten Fehlern der Höhe des Bearbeitungsspalts in seiner Längserstreckung führt und zudem einen negativen Einfluss auf den Warenbahnlauf haben kann
Denn in der Praxis wird vor der Aufnahme des Betriebs der Vorrichtung ein Winkel des Trägers der durchbiegesteuerbaren Walze um seine Längsachse eingestellt, dass die Resultierende der auf den Walzenmantel ausgeübten hydraulischen Stützkräfte derart schräg zur Verbindungsebene der Achse dieser Walze mit dem Gegenwerkzeug erfolgt, dass die in Richtung der Verbindungsebene der Achse der Walze mit dem Gegenwerkzeug wirkende Kraftkomponente eine Durchbiegung des Walzenmantels in dieser Richtung bewirkt, die maximal so groß ist, wie sie für einen Durchbiegeausgleich dieser Walze bei der minimal im Betrieb der Vorrichtung zu erwartenden Bearbeitungskraft erforderlich ist. Eine Anpassung der Durchbiegung durch Erhöhung des hydraulischen Stützdrucks im Falle einer Erhöhung der Bearbeitungskraft führt dann zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Durchbiegens der Walze senkrecht zur Wirkrichtung des Bearbeitungsspalts und somit zu Fehlern im Verlauf der Bearbeitungskraft im Bearbeitungsspalt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus der DE 10 2006 037 112 A1 bekanntes Betriebsverfahren und eine aus der DE 10 2006 037 112 A1 bekannte Vorrichtung hinsichtlich dieser Nachteile zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Betriebsverfahren und durch die in Anspruch 8 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird während des Betriebs der Vorrichtung, d.h. während der Behandlung der vorlaufenden Warenbahn unter der Bearbeitungskraft in dem Bearbeitungsspalt, die radiale Wirkrichtung der Stützkraft verändert, um ohne Unterbrechung der Behandlung durch Änderung der radialen Wirkrichtung Einfluss auf den Linienkraftverlauf im Bearbeitungsspalt nehmen zu können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird zunächst die zum Bewirken der gewünschten Bearbeitungskraft im Bearbeitungsspalt erforderliche Beaufschlagung der Krafterzeugungsmittel ermittelt. Diese Ermittlung kann rein rechnerisch, experimentell oder durch Kombination von rechnerisch und experimentell gewonnenen Erkenntnissen erfolgen.
Anschließend erfolgt eine Ermittlung des Stützdrucks, der für eine Kompensierung der Walzendurchbiegung aufgrund der Bearbeitungskraft erforderlich ist. Die Ermittlung kann wiederum rein rechnerisch, experimentell oder durch Kombination dieser Verfahren erfolgen.
Weiterhin wird der so ermittelte Stützdruck mit einem minimal möglichen Stützdruck verglichen, der wiederum rechnerisch, experimentell oder durch Kombination dieser Verfahren ermittelt worden ist.
Ist der ermittelte Stützdruck kleiner als der minimale Stützdruck, so erfolgt eine Verlagerung der radialen Wirkrichtung der Stützkraft um einen Winkel um die Längsachse des Trägers, bis eine Winkelposition erreicht ist, bei der die Stützkraftkomponente, die in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkt, eine für die erforderliche Biegesteuerung geeignete Größe aufweist.
Da eine Verdrehung der radialen Wirkrichtung der Stützkraft um den Winkel nur dann erfolgt, wenn der ermittelte Stützdruck kleiner als der minimale Stützdruck ist, wird bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel deserfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sichergestellt, dass eine eventuelle Durchbiegung des Walzenmantels der beigesteuerbaren Walze in einer Richtung nicht parallel zur Bearbeitungskraft bzw. nicht in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts minimiert ist.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens weist der Träger eine Längsachse auf, um die er drehbar angeordnet ist, und die Veränderung der radialen Wirkrichtung, unter der die hydraulische Stützkraft wirkt, erfolgt durch die Drehung des Trägers um die Längsachse um den Winkel.
Vorzugsweise wird die Größe des Winkels während des Betriebs der Vorrichtung erfasst.
Während des Betriebs wird der Träger dann vorzugsweise stets in eine Drehwinkellage gedreht, bei der die radiale Wirkrichtung der Stützkraft in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkt, der Träger sich also in einer Winkelnulllage befindet, wenn der für die erforderliche Biegesteuerung erforderliche Stützdruck größer oder gleich dem minimalen Stützdruck ist. Aufgrund dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass eine Durchbiegung des Walzenmantels aufgrund des hydraulischen Stützdrucks in einer Richtung, die nicht zum Ausgleich von aufgrund der Bearbeitungskräfte bewirkten Durchbiegung dient, minimiert ist. Fehler im Verlauf des Bearbeitungsspalts werden hierdurch minimiert. Eine Drehung des Trägers aus der Nulllage erfolgt nur, wenn der zum Biegeausgleich ermittelte Stützdruck kleiner als der minimale Stützdruck ist.
Erfolgt, wie bevorzugt, die Drehung des Trägers motorisch, insbesondere elektromotorisch, so kann die Drehung des Trägers zur Änderung der radialen Wirkrichtung um den Winkel automatisch erfolgen, wenn dies zur Anpassung der Kompensation der Durchbiegung des Walzenmantels bei einer Änderung der Bearbeitungskraft erforderlich ist.
Die Krafterzeugungsmittel umfassen vorzugsweise Hydraulikzylinder, die meist parallel zur Bearbeitungskraft auf den Träger wirken und im Betrieb mit Hydraulikmedium unter einem Zylinderdruck beaufschlagt werden, der zur Erzeugung der gewünschten Bearbeitungskraft im Walzenspalt erforderlich ist.
Bei der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens geeigneten Vorrichtung sind demgemäß Mittel vorgesehen, mittels welchen der Winkel der radialen Wirkrichtung während des Betriebs der Vorrichtung veränderbar ist.
Zur Ausbildung dieser Mittel ist vorzugsweise eine Lagerung des Trägers der biegesteuerbaren Walze vorgesehen, die eine Drehung um seine Längsachse auch unter Wirkung der Bearbeitungskraft zulässt, sowie eine motorische, insbesondere elektromotorische Drehantriebseinrichtung zur Drehung des Trägers um den Winkel. Die Verlagerung der radialen Wirkrichtung kann dann während des Betriebs der Vorrichtung erfolgen, sodass das mit dieser durchgeführte Betriebsverfahren nicht unterbrochen werden muss. Ferner kann so die Vorrichtung in einer Weise betrieben werden, in der in der radialen Wirkrichtung stets nur der minimale Stützdruck wirkt, wenn der ermittelte Stützdruck, der für eine an die gewünschte Bearbeitungskraft angepasste Biegesteuerung erforderlich ist, kleiner als der minimale Stützdruck ist. Erhöht sich im Betrieb der Vorrichtung die Bearbeitungskraft und damit die zur Durchbiegekompensation erforderliche Stützkraftkomponente, die in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkt, kann eine Verlagerung der radialen Wirkrichtung der Stützkraft erfolgen, bis die radiale Wirkrichtung in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts liegt, d.h. die Winkelnulllage erreicht ist. Bei einer weiteren Erhöhung der Bearbeitungskraft kann dann eine Erhöhung des Stützdrucks erfolgen, wobei die Winkelnulllage beibehalten wird, d. h. keine weitere Drehung des Trägers um seine Längsachse erfolgt.
Um dieses Betriebsverfahren durchführen zu können, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkellage des Trägers.
Die hydraulischen Stützmittel umfassen bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine sich in Längsrichtung des Trägers erstreckende Druckkammer und mindestens eine von der Druckkammer über eine Dichtungsanordnung getrennte Leckkammer für ein Hydraulikmedium zwischen dem Träger und dem Walzenmantel. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die biegesteuerbare Walze mit anderen Worten als sogenannte schwimmende Walze ausgebildet.
Vorzugsweise sind dann Mittel vorgesehen, mit denen Hydraulikmedium in der einen zur Längsrichtung parallelen Richtung durch die Druckkammer und anschließend in der anderen zur Längsrichtung parallelen Richtung durch die Leckkammer leitbar ist. Mit anderen Worten ist das Hydraulikmedium vorzugsweise im Gegenstrom durch die Druck- und Leckkammer der biegesteuerbaren Walze leitbar. Sind dann - wie des Weiteren bevorzugt - Heizmittel vorgesehen, mit denen das Hydraulikmedium auf Temperaturen zwischen 60 und 400°C, bevorzugt zwischen 100 und 300°C aufheizbar ist, so ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung der vorlaufenden Warenbahn im Bearbeitungsspalt unter einer entsprechend erhöhten Temperatur geeignet. Um den Wärmeeintrag in die vorlaufende Warenbahn sicherzustellen, und den Temperaturgardienten in Längsrichtung der Walze möglichst gering zu halten, müssen die im Gegenstromverfahren durch die Druck- und Leckkammern gerichteten Volumenströme an Hydraulikmedium möglichst groß ausgelegt werden. Dies, sowie ein zur Bewirkung des Gegenstroms in den Hydraulikstrom zwischen Druck- und Leckkammer eingeschalteter Druckregler erzeugen vergleichsweise große Druckverluste und zwar insbesondere dann, wenn aus dem möglichen Temperatureinstellbereich ein kleiner Temperaturwert gewählt wird, und die Ölviskosität hoch ist. Der Mindestöldruck, hier der Mindestdifferenzdruck zwischen Druck- und Leckkammer, ist dann besonders hoch und bewirkt eine vergleichsweise große Durchbiegung der Walze, wie sie für die Durchbiegekompensation bei vergleichsweise großen Bearbeitungskräften erforderlich ist. Kleine Bearbeitungskräfte, bspw. kleiner 20 N/mm, insbesondere kleiner 15 N/mm, waren somit bisher schwer zu realisieren. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel vorgesehen sind, mittels welchen der Winkel der radialen Wirkrichtung der hydraulischen Stützmittel während des Betriebs der Vorrichtung veränderbar ist und somit senkrecht zur Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkende Stützkraftkomponenten reduzierbar sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für eine derartige Bearbeitung einer vorlaufenden Warenbahn besonders gut geeignet.
Ist die Walze - wie bevorzugt wie oben beschrieben - als schwimmende Walze ausgebildet, so sind an dem Träger vorzugsweise Lagerdome vorgesehen, die Bereiche des Walzenmantels außen umgreifen und Drehlageranordnungen umfassen, mittels welchen der Walzenmantel um den Träger außen gelagert ist. Diese Lagerungen haben sich insbesondere dann bewehrt, wenn diese Walze - wie ebenfalls oben beschrieben - Heizmittel zur Aufheizung des Hydraulikmediums umfassen, da die Ausbildung von Dichtanordnungen, die vergleichsweise hohe Temperaturen des Hydraulikmediums ermöglichen, konstruktiv vereinfacht ist. Die Lagerdome können Rohrabschnitte aufweisen, deren innere Umfangsflächen an dem Träger anliegen.
Bei dieser Ausführungsform sind die Krafterzeugungsmittel vorzugsweise derart angeordnet, dass sie nicht unmittelbar auf den Träger, sondern auf die Rohrabschnitte der Lagerdome und somit mittelbar auf den Träger wirken. Diese Anordnung ist einerseits besonders platzsparend. Andererseits führt sie zu einer zusätzlichen Fixierung der Lagerdome.
Besonders bevorzugt umfassen die Krafterzeugungselemente Hydraulikzylinder, die auf Drehlageranordnungen wirken, in denen die Lagerdome um die Längsachse des Trägers drehbar gelagert sind. Eine insbesondere automatische Drehbarkeit des Trägers ist somit konstruktiv vergleichsweise einfach zu verwirklichen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Gegenwerkzeug als Gegenwalze ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dann häufig zum Thermobonding, d.h. beim thermischen Verfestigen von Vliesstoffen eingesetzt. In diesem Falle ist zumindest eine der den Bearbeitungsspalt bildenden Walzen graviert. Ist die Gegenwalze als starre Walze ausgebildet, so ist vorzugsweise zumindest diese graviert, da eine Gravur bei starren Walzen einfacher und kostengünstiger als bei durchbiegesteuerbaren Walzen zu bewerkstelligen ist. Vorzugsweise finden dann Gravuren Verwendung, deren Pressflächenanteile zwischen 10 und 30 % von der gesamten Pressfläche der Gegenwalze betragen. Die Linienkräfte betragen dann regelmäßig zwischen 30 und 150 N/mm, die bei einer oberflächlichen Betrachtung ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Reduzierung der in der Wirkebene des Walzenspalts wirkenden Stützkräfte zur Durchbiegesteuerung möglich erscheinen.
Ist das Gegenwerkzeug als Gegenwalze ausgebildet, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Laminieren von Vließstoffen durch Thermobonding eingesetzt werden. Es finden dann regelmäßig Gravuren mit sehr kleinem Pressflächenanteil Verwendung, die bspw. unter 5 %, teils unter 2 % oder sogar unter 1 % von der gesamten Pressfläche der Gegenwalze betragen. Je geringer der Pressflächenanteil ist, desto geringer ist auch regelmäßig die zulässige Bearbeitungskraft im Bearbeitungsspalt, da mit zunehmender Höhe der Bearbeitungskraft die Gefahr steigt, dass die Gravur beschädigt wird. Aufgrund der Ausbildung des Gegenwerkzeugs als Gegenwalze wirkt die Bearbeitungskraft im Bearbeitungsspalt idealisiert als Linienkraft. Kräfte von <= 10 N/mm, vorzugsweise <= 5 N/mm sind regelmäßig wünschenswert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren können auch solch niedrige Bearbeitungskräfte im Bearbeitungsspalt realisiert werden.
Wenn es sich bei dem Gegenwerkzeug um eine massive konventionelle Gegenwalze handelt, kann bereits die Eigengewichtsdurchbiegung der Oberwalze größer sein als die der biegesteuerbaren Unterwalze, selbst wenn die hydraulischen Stützmittel nicht mit hydraulischem Stützdruck beaufschlagt werden. Es kann dann erforderlich sein, eine Stützkraft in einer radialen Wirkrichtung zu bewirken, die über 90° von der Richtung der Bearbeitungskraft verschieden ist. Auch dies ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
Ferner kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung bspw. auch als Dreiwalzenkalander mit zwei unterschiedlichen jeweils als Gegenwalze ausgebildeten Gegenwerkzeuge sein derart, dass die biegesteuerbare Walze je nach Bedarf gegen die eine oder gegen die andere Gegenwalze anstellbar ist, um mit dieser den Bearbeitungsspalt zu bilden.
Bei einer Ausführungsform ist die biegesteuerbare Walze hierzu zwischen den Gegenwalzen angeordnet. Der Träger wird bei einem Wechsel des Bearbeitungsspalts dann um einen solchen Winkel gedreht, dass die aufgrund der Stützkräfte in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts wirkende Kraftkomponente die für den erforderlichen Biegeausgleich benötigte Größe aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform, auch „Twinkalander“ genannt, sind die Gegenwalzen so angeordnet, dass jede Gegenwalze zwischen einer Parkposition, in der sie keinen Bearbeitungsspalt mit der biegesteuerbaren Walze bildet, und der Bearbeitungsposition, in der sie mit der biegesteuerbaren Walze den Bearbeitungsspalt bildet, verlagerbar ist.
Weist - wie bevorzugt - die eine der Gegenwalzen eine Gravur auf, deren Pressflächenanteile zwischen 10 und 30 % von der gesamten Pressfläche der Gegenwalze betragen, die andere der gegenwalzen eine Gravur mit sehr kleinem Pressflächenanteil auf, die bspw. unter 5 %, teils unter 2 % oder sogar unter 1 % von der gesamten Pressfläche der Gegenwalze betragen, so kann diese Vorrichtung durch Wechsel des Bearbeitungsspalts sowohl zum thermischen Verfestigen, als auch zum Laminieren Verwendung finden, ohne dass es hierzu eines Walzenwechsels bedarf.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind in der Zeichnung - rein schematisch- ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und verschiedene Betriebsweisen dieser Vorrichtung graphisch dargestellt. Es zeigen:

1 eine teilgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen ersten Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiter schematisierten Darstellung in einer Ansicht gemäß 1 von rechts;
3 einen zweiten Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer 2 entsprechenden Darstellung;
4 eine Darstellung der funktionalen Zusammenhänge von Betriebsparametern, hier der Bearbeitungskraft F_L, Stützdruck P_S und Zylinderdruck P_Zyl, wenn der Stützdruck P_S kleiner ist als der minimale Stützdruck P_S min;
5a) den funktionalen Zusammenhang zwischen der Bearbeitungskraft F_L und einem unkorrigierten Zylinderdruck P_{Zyl C};
5 b) den funktionalen Zusammenhang zwischen der Bearbeitungskraft F_L und einem unkorrigierten Stützdruck P_SC, der für den Biegeausgleich erforderlich ist;
6 eine Darstellung der funktionalen Zusammenhänge der Betriebsparameter: Bearbeitungskraft F_L vom Zylinderdruck P_ZYL, sowie einem Stützdruck P_S2 und dessen Abhängigkeit von einem Winkel a, wenn die radiale Wirkrichtung der durch den Stützdruck bewirkten Stützkraft von der Richtung der Bearbeitungskraft abweicht, bei einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren;
7a) den funktionalen Zusammenhang zwischen Stützdruck P_S1 und Stützdruck P_S2;
7b) den funktionalen Zusammenhang von Stützdruck P_S1 und Winkel a;
7c) den funktionalen Zusammenhang zwischen Bearbeitungskraft F_L vom Stützdruck P_SC sowie
7d den funktionalen Zusammenhang von Stützdruck P_S1 und Winkel o.

Das in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Vorrichtung 100) dient der Behandlung einer in Vorlaufrichtung P vorlaufenden Warenbahn W unter einer Bearbeitungskraft F_L in einem Bearbeitungsspalt 1.
Der Bearbeitungsspalt 1 ist zwischen einer hydraulisch biegesteuerbaren Walze 2 und einem Gegenwerkzeug 3, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als konventionelle Walze 4 ausgebildet ist, gebildet.
Die biegesteuerbare Walze 2 umfasst einen Walzenmantel 5, der um einen Träger 7 rotierbar angeordnet ist. Der Walzenmantel 5 stützt sich über hydraulische Stützmittel 6, die mit einem unter hydraulischen Stützdruck P_S stehenden Hydraulikmedium beaufschlagbar sind, auf dem Träger 7 ab. Die Stützmittel 6 bewirken eine Stützkraft F_S, die in einer radialen Wirkrichtung WL wirkt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 umfassen die hydraulischen Stützmittel 6 eine Druckkammer 8 und eine Leckkammer 9, die in einem Ringraum 27 zwischen dem Träger 7 und dem Walzenmantel 5 ausgebildet und von einer Dichtungsanordnung 10 voneinander getrennt sind. Die Druckkammer 8 und die Leckkammer 9 werden im Gegenstrom von einem Hydraulikmedium durchströmt, das im Bedarfsfalle zur Temperierung, insbesondere Aufheizung des Walzenmantels 1, vorgeheizt sein kann. Es wird durch Kanäle 11 gemäß 1 von der rechten Seite der Druckkammer 8 zugeführt. Von dieser gelangt es durch Kanäle 11 zu einem Differenzdruckregler 25. Von diesem strömt das Hydraulikmedium unter einem reduzierten Druck durch Kanäle 11 in die Leckkammer 9 und von dieser wiederum durch Kanäle 11 von der in 1 rechts dargestellten Seite zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Reservoir.
Der Träger 7 weist zwei voneinander entfernte Endbereiche auf, an denen jeweils ein Lagerdom 12 angeordnet und mit dem Träger 7 drehfest verbunden ist. Jeder Lagerdom weist einen Bereich 13 auf, der mit dem Träger einen Ringraum 14 ausbildet. Die beiden Ringräume sind auf den einander zugewandten Seiten der beiden Lagerdome offen ausgebildet. Der Walzenmantel 5 weist an seinen beiden voneinander entfernten Stirnseiten Bereiche reduzierten Durchmessers 15 auf, die jeweils in einen der Ringräume 14 hineinragen. Innerhalb der Ringräume 14 ist jeweils ein Drehlager 16 vorgesehen, mittels welchem die Bereiche reduzierten Durchmessers 15 des Walzenmantels 5 gegenüber jeweils einem der Lagerdome 12 drehgelagert ist. Die Lagerdome 12 weisen des weiteren Rohrabschnitte 26 auf, deren innere Umfangsflächen an dem Träger 7 anliegen und über die die Lagerdome 12 undrehbar mit dem Träger 7 verbundensind. Über Drehlager 17 ist der Träger in einer Lagereinrichtung 28 um die Längsachse L1 des Trägers 7 drehbar gelagert. Die Lagereinrichtung 28 selbst ist in einem Maschinengestell 18 angeordnet und derart ausgebildet, bspw. als Lagerschlitten, dass sie die Anstellung der biegesteuerbaren Walze 2 an die Walze 4 zur Ausbildung des Bearbeitungsspalts 1 ermöglicht.
Die Lagereinrichtung 28 stützt sich auf Krafterzeugungsmitteln 19 ab, die als Hydraulikzylinder 20 ausgebildet sind und unter Wirkung hydraulischen Drucks P_ZYL eine Zylinderkraft F_ZYL zum Anstellen der beigesteuerbaren Walze 2 an die Walze 4 und zum Bewirken der Bearbeitungskraft F_I im Bearbeitungsspalt 1 dienen.
Die konventionelle Walze 4 ist um ihre Längsachse L2 mit Hilfe von Drehlagern 21 rotierbar imMaschinengestell 18gelagert.Die biegesteuerbare Walze 2 ist mithilfe der Hydraulikzylinder 20 relativ zur konventionellen Walze 4 in einer die beiden Längsachsen L1, L2 schneidenden Wirkebene WE des Walzenspalts 1 verlagerbar.
Die Vorrichtung 100 umfasst des Weiteren eine motorische Drehantriebseinrichtung 22, die mit dem in 1 rechts dargestellten Endbereich des Trägers 7 wirkverbunden ist. Mithilfe der Drehantriebseinrichtung 22 kann der Träger 7 um seine Längsachse L1 gedreht werden. Die Drehantriebseinrichtung 22 umfasst eine Winkelerfassungseinrichtung 23 zur Erfassung der jeweiligen Winkellage des Trägers 7 und somit der radialen Wirkrichtung WL der hydraulischen Stützmittel 6.
Die Vorrichtung 100 umfasst des Weiteren eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS. Sie ist angeschlossen an einen Differenzdruckmesser 24, an die Drehantriebseinrichtung 22, die Winkelerfassungseinrichtung 23, einen Differenzdruckregler 25, mit dem die Druckdifferenz zwischen Druck- und Leckkammer beeinflussbar ist, sowie mit den als Hydraulikzylinder 20 ausgebildeten Krafterzeugungsmitteln. Mit der speicherprogrammierbaren Steuerung SPS können somit nach in ihr gespeicherten Funktionen abhängig von einander gesteuert werden:

- Bearbeitungskraft F_L im Bearbeitungsspalt 1 durch Steuerung der Zylinderkräfte F_ZYL Diese wird üblicherweise von der Bedienperson während des Betriebs der Vorrichtung 100 vorgegeben.
- Stützkraft P_S, die auf den Walzenmantel 5 wirkt und von hydraulischen Stützmitteln 6 bereitgestellt wird, durch Veränderung der Druckdifferenz in Druckkammer 8 und Leckkammer 9 durch Ansteuerung des Differenzdruckreglers 25.
- Veränderung des Winkels α der radialen Wirkrichtung WL, unter welcher die Stützkraft P_S wirkt, mittels der Drehantriebseinrichtung 22 und der Winkelerfassungseinrichtung 23, wenn die Stützkraft P_S kleiner ist als die minimale Stützkraft P_{S min} , die mittels der hydraulischen Stützmittel 6 reproduzierbar erzeugbar ist.

Bei dem in 2 dargestellten, ersten Betriebszustand ist der Träger um einen Winkel a aus der Winkelnulllage gedreht, dass die parallel zur Wirkebene WE des Walzenspalts 1 wirkende Stützkraftkomponente Y kleiner als die in der radialen Wirkrichtung WL wirkende Stützkraft F_S ist. Wird nun die Bearbeitungskraft F_L im Bearbeitungsspalt weiter reduziert, wird zur Anpassung der Stützkraftkomponente Y der Winkel a weiter vergrößert, wie die in 3 dargestellt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird durch die speicherprogrammierbare Steuerung SPS zunächst nach dem in 4 dargestellten Schema ermittelt, welcher Zylinderdruck P_{ZYL C} zur Erzielung einer vorgegebenen Bearbeitungskraft F_L erforderlich ist (siehe 5a). Ferner wird ermittelt, welcher Stützdruck P_SC erforderlich ist, um mithilfe der hydraulischen Stützmittel 6 die an die Bearbeitungskraft F_L angepasste Biegesteuerung der Walze 2 zu bewirken ( 5b). Wie in 4 dargestellt ist, kann es erforderlich sein, die so ermittelten Werte noch durch Korrekturwerte P_{ZYL K} bzw. P_{S K}, die sowohl positiv, als auch negativ sein können, zu korrigieren, um zu den zur Beaufschlagung der Hydraulikzylinder 20 und der hydraulischen Stützmittel erforderlichen Drucke P_ZYL und P_S zu gelangen. Die Korrekturwerte P_{ZYL K} und P_{S K} können ebenfalls in der speicherprogrammierbaren Steuerung SPS abgespeichert sein.
Die speicherprogrammierbare Steuerung SPS überprüft nun zunächst, ob der so ermittelte Stützdruck P_S größer oder gleich dem minimalen Stützdruck P_{S min} ist. Ist dies der Fall, so wird die Drehantriebseinrichtung 22 so angesteuert, dass der Träger einen Winkel o von 0° aufweist, d. h. die radiale Wirkrichtung WL der hydraulischen Stützmittel 6 mit der Richtung, in der die Bearbeitungskraft F_L, zusammenfällt bzw. - wie auch die Bearbeitungskraft F_L - in der Wirkebene WE des Bearbeitungsspalts 1 liegt. Sollte die speicherprogrammierbare Steuerung SPS ermitteln, dass die zur vorgegebenen Bearbeitungskraft F_L erforderliche Biegesteuerung der biegesteuerbaren Walze 2 einen Stützdruck P_S erfordert, der kleiner ist als der minimale Stützdruck P_{S min}, so werden die Betriebsparameter nach dem in 6 dargestellten Schema ermittelt. Es wird zunächst der minimale Stützdruck P_{S min} eingestellt (siehe auch 7a, die den funktionalen Zusammenhang eines Stützdruck P_S1, der in der Wirkebene des Bearbeitungsspalts 1 wirkt, von einem in radialer Wirkrichtung WL wirkenden Druck P_S2 zeigt). Anschließend wird der Winkel a durch Drehung des Trägers 7 mithilfe der Drehantriebseinrichtung 22 gemäß der Funktionalität F4 in 7b so gedreht, dass der Anteils des Stützdrucks PS2, der in Richtung der Wirkebene WE liegt, auf PS1 reduziert ist, Die Stützkraftkomponente y, die in Richtung der Bearbeitungskraft F_L wirkt bzw. in der Wirkebene WE des Walzenspalts 1 liegt, nimmt dann den Wert an, der für die an die Stützkraft FL im Bearbeitungsspalt angepasste Durchbiegesteuerung erforderlich ist.
Die Anpassungen der Stützkraft P_{S C} und ggf. des Winkels a erfolgen durch die speicherprogrammierbare Steuerung SPS in Abhängigkeit der Bearbeitungskraft F_L automatisch, sodass eine Unterbrechung des Betriebs der Vorrichtung selbst dann nicht erforderlich ist, wenn der ermittelte Stützdruck P_SC unter dem minimalen Stützdruck P_{S min} fällt.
In den in 2 und 3 verdeutlichten Betriebszuständen wird die Stützkraftkomponente y stets in derselben Richtung wie die Bearbeitungskraft F_L. Insbesondere wenn die das Gegenwerkzeug 3 bildende Walze eine massive konventionelle Walze ist, kann die Eigengewichtsdurchbiegung der Oberwalze größer sein als die der biegesteuerbaren Unterwalze. Dies führt dazu, dass bei sehr kleinen Bearbeitungskräften F_L der erforderliche Stützdruck P_SC negativ wird. Je nach Wahl des Korrekturwertes P_{S K} kann der für die erforderliche Biegesteuerung benötigte Stützdruck P_S1 auch negativ werden, selbst wenn der Stützdruck P_SC >= 0 ist. Um in solchen Fällen die Durchbiegung der durchbiegesteuerbaren Walze anpassen zu können, ist es erforderlich, einen Winkel o von über 90° einstellen zu können (vgl. 7d).
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
1: Bearbeitungsspalt
2: biegesteuerbare Walze
3: Gegenwerkzeug
4: konventionelle Walze
5: Walzenmantel
6: hydraulische Stützmittel
7: Träger
8: Druckkammer
9: Leckkammer
10: Dichtungsanordnung
11: Kanäle
12: Lagerdome
13: Bereiche
14: Ringräume
15: Bereiche
16: Drehlager
17: Drehlager
18: Maschinengestell
19: Krafterzeugungsmittel
20: Hydraulikzylinder
21: Drehlager
22: Drehantriebseinrichtung
23: Winkelerfassungeinrichtung
24: Differenzdruckmesser
25: Differenzdruckregler
26: Rohrabschnitte
27: Ringraum
28: Lagereinrichtung
a: Winkel
FL: Bearbeitungskraft
FS: Stützkraft
FZYL: Zylinderkraft
L1, L2: Längsachse
P: Vorlaufrichtung
PZYL: Zylinderdruck
PS: Stützdruck
SPS: speicherprogrammierbare Steuerung
Y: Stützkraftkomponente
W: Warenbahn
WE: Wirkebene
WL: radiale Wirkrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006037112 A1 [0009, 0011]

Claims

Betriebsverfahren einer Vorrichtung (100) zur Behandlung einer vorlaufenden Warenbahn (W) unter einer Bearbeitungskraft (F_L) in einem Bearbeitungsspalt (1), der zwischen einer hydraulisch biegesteuerbaren Walze (2) und einem Gegenwerkzeug (3) gebildet ist, wobei die biegesteuerbare Walze (2) einen Walzenmantel (5) umfasst, der um einen Träger (7) rotierbar angeordnet ist, wobei sich der Walzenmantel (5) über hydraulische Stützmittel (6), die mit unter hydraulischem Stützdruck (P_S) stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar sind, sodass sie eine Stützkraft (F_S) in einer radialen Wirkrichtung (WL) bewirken, auf dem Träger (7) abstützt, wobei zum Bewirken der Bearbeitungskraft (F_L) variabel beaufschlagbare Krafterzeugungsmittel (19) vorgesehen sind, die auf die biegesteuerbare Walze (2) und/oder auf das Gegenwerkzeug (3) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Vorrichtung die radiale Wirkrichtung (WL) der Stützkraft (F_S) veränderbar ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: ◯ Ermittlung der zum Bewirken der gewünschten Bearbeitungskraft (F_L) im Bearbeitungsspalt (1) erforderliche Beaufschlagung der Krafterzeugungsmittel (19); ◯ Ermittlung des Stützdrucks (P_S), der für eine an die gewünschte Bearbeitungskraft (F_L) angepasste Biegesteuerung erforderlich ist; ◯ Vergleich des ermittelten Stützdrucks (P_S) mit einem minimalen Stützdruck (P_{S min}); ◯ Verlagerung der radialen Wirkrichtung (WL) der Stützkraft (F_S), wenn der ermittelte Stützdruck (P_S) kleiner als der minimale Stützdruck (P_{S min}) ist, bis die Stützkraftkomponente (Y), die parallel zur Bearbeitungskraft (F_L) wirkt, eine für die erforderliche Biegesteuerung geeignete Größe aufweist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) eine Längsachse (L1) aufweist, um die er um Winkel (a) drehbar angeordnet ist, und die Veränderung der radialen Wirkrichtung (WL), unter der die Stützkraft (F_S) wirkt, durch Drehung des Trägers (7) um die Längsachse (L1) erfolgt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) des Trägers (7) erfasst wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) in einen Winkel (a) gedreht wird, in der radiale Wirkrichtung (WL) parallel zur Bearbeitungskraft (F_L) wirkt, wenn der für die erforderliche Biegesteuerung erforderliche Stützdruck (P_S) größer oder gleich dem minimalen Stützdruck (P_{S min}) ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Trägers (7) motorisch, insbesondere elektromotorisch erfolgt.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungsmittel (19) Hydraulikzylinder (20) umfassen, die vorzugsweise parallel zur Bearbeitungskraft (F_L) auf den Träger (7) wirken.
Vorrichtung zur Behandlung einer vorlaufenden Warenbahn (W) unter einer Bearbeitungskraft (F_L) in einem Bearbeitungsspalt (1), der zwischen einer hydraulisch biegesteuerbaren Walze (2) und einem Gegenwerkzeug (3) gebildet ist, wobei die biegesteuerbare Walze (2) einen Walzenmantel (5) umfasst, der um einen Träger (7) rotierbar angeordnet ist, wobei sich der Walzenmantel (5) über hydraulische Stützmittel (6), die mit unter hydraulischem Stützdruck (P_S) stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar sind, sodass sie eine Stützkraft (F_S) in einer radialen Wirkrichtung (WL) bewirken, auf dem Träger (7) abstützt, wobei zum Bewirken der Bearbeitungskraft (F_L) variabel beaufschlagbare Krafterzeugungsmittel (19) vorgesehen sind, die auf die biegesteuerbare Walze (2) und/oder auf das Gegenwerkzeug (3) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mittels welchen die radiale Wirkrichtung (WL) während des Betriebs der Vorrichtung (100)veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine um eine Längsachse (L1) des Trägers (7) drehbare Lagerung des Trägers (7) in der Vorrichtung (100) sowie eine motorische, insbesondere elektromotorische Drehantriebseinrichtung (22) zur Drehung des Trägers (7) um seine Längsachse (L1) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkelerfassungseinrichtung (23) zur Erfassung des Winkels (a) des Trägers (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Stützmittel (6) mindestens eine sich in Längsrichtung des Trägers (7) erstreckende Druckkammer (8) und mindestens eine von der Druckkammer (8) über eine Dichtungsanordnung (10) getrennte Leckkammer (9) für ein Hydraulikmedium zwischen dem Träger (7) und dem Walzenmantel (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen Hydraulikmedium in der einen zur Längsrichtung (L1) parallelen Richtung durch die Druckkammer (8) und anschließend in der anderen zur Längsrichtung (L1) parallelen Richtung durch die Leckkammer (9) leitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Träger (7) Lagerdome (12) vorgesehen sind, die Bereiche (15) des Walzenmantels außen umgreifen und Drehlager (16) umfassen, mittels welchen der Walzenmantel (5) um den Träger (7) drehbar au-ßen gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungsmittel (19) auf die Lagerdome (12) wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungsmittel (19) Hydraulikzylinder (20) umfassen, die auf Drehlageranordnungen (17) wirken, in denen die Lagerdome (12) um die Längsachse (L1) des Trägers (7) drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (3) eine Walze (4) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweils als Walze (4) ausgebildete Gegenwerkzeuge (3) vorgesehen sind und die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, die biegesteuerbare Walze (2) je nach Bedarf gegen die eine oder gegen die andere Walze (4) anstellbar ist, um mit dieser den Bearbeitungsspalt (1) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesteuerbare Walze (2) zwischen den Gegenwalzen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) bei einem Wechsel des Bearbeitungsspalts um einen Winkel (a) drehbar ist, dass die aufgrund der Stützkraft (P_S) in der Wirkebene WE des Bearbeitungsspalts (1) wirkende Stützkraftkraftkomponente (Y) die für den erforderlichen Biegeausgleich benötigte Größe aufweist.