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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Bahn, insbesondere
einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn durch einen Breitnip geleitet
wird, der zwischen einer Schuhwalze mit einem umlaufenden Mantel
und einer beheizten Gegenwalze gebildet ist, wobei im Fall einer
Störung
der Breitnip geöffnet
wird.
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Stand der Technik
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Ein
derartiges Verfahren ist aus
US 2002/0059872 A1 bekannt. Hinter dem Breitnip
wird die Bahn daraufhin überwacht,
ob ein Abriß stattfindet.
Wenn eine derartige Störung
aufgetreten ist, dann werden die Schuhwalze und die Gegenwalze auseinandergefahren,
um den Breitnip zu öffnen.
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Die
Behandlung einer Bahn in einem Breitnip dient dazu, die Bahn volumenschonend
zu glätten. Der
Mantel der Schuhwalze wird dabei mit Hilfe eines Anpreßschuhs
in einem Umfangsbereich an die Gegenwalze gedrückt, der in Bahnlaufrichtung
länger
ist als die Breite eines Nips, der zwischen zwei zylinderförmigen Walzen
gebildet ist, auch wenn eine dieser beiden Walzen einen elastischen
Oberflächenbelag haben
kann.
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Der
Mantel der Schuhwalze muß bei
seinem Umlauf über
den Anpreßschuh
geführt
werden. Zur Verminderung von Reibung und zur Kühlung des Mantels ist es bekannt,
in den vom Mantel umgebenen Hohlraum Öl einzubringen. Vielfach wird
dieses Öl
durch eine hydrostatische Schmierung in die Anpreßfläche zwischen
dem Anpreßschuh
und dem Mantel eingebracht. Stirnseitig ist der Hohlraum durch Abdichtungen,
z. B. Scheiben, begrenzt. Das Öl
kann also im normalen Betrieb aus dem Hohlraum nicht ohne weiteres
heraustreten. Es sind allerdings Einrichtungen vorgesehen, mit denen
das Öl
abgefördert
werden kann.
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Der
Mantel der Schuhwalze ist relativ stark beansprucht. Er wird bei
jedem Umlauf aus seiner Zylinderform heraus verformt. im Betrieb
ist es also nicht auszuschließen,
daß der
Mantel beschädigt wird.
In diesem Fall muß der
mit Bahngeschwindigkeit umlaufende Mantel und auch die mit Bahngeschwindigkeit
umlaufende Gegenwalze abgebremst werden, was aber natürlich eine
gewisse Zeit erfordert. Üblicherweise
kann man pro Sekunde eine Geschwindigkeitsverringerung von 10 m/min
erreichen. Dies bedeutet, daß der
Bremsvorgang zeitlich durchaus eine Größenordnung von Minuten erreichen kann.
In dieser Zeit tritt mit sehr großer Wahrscheinlichkeit Öl aus dem
beschädigten
Mantel aus. Dieser Austritt kann durch Fliehkräfte des nach wie vor umlaufenden
Mantels noch verstärkt
werden. Dadurch entsteht eine gefährliche Situation. Zum einen
kann das aus dem beschädigten
Mantel herausspritzende Öl
in der Umgebung mechanische Beschädigungen anrichten. Zum anderen
kann dieses Öl
auch auf die beheizte Gegenwalze gelangen. Hier sind Temperaturen
von deutlich über
100°C üblich. Wenn
diese Temperatur über
dem Flammpunkt des in der Schuhwalze verwendeten Öls liegt,
kann sich das Öl
entzünden,
was die Betriebssicherheit stark einschränkt.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brandgefahr zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Man
schlägt
also nicht, wie dies bisher üblich war,
die Bahn nach dem Auftreten eines Schadens vor dem Breitnip ab,
sondern führt
sie weiter durch den Breitnip, um sie als Schutzeinrichtung zu verwenden.
Damit kann man verhindern, daß das
aus dem Mantel herausspritzende Öl
unmittelbar auf die Gegenwalze gelangt. Die Gefahr, daß sich dieses Öl dann entzündet, wird
drastisch vermindert. Man schlägt
bei Auftreten eines Schadens die Bahn hinter dem Breitnip ab und
wickelt sie um eine der beiden Walzen herum. Man läßt also
die Bahn nach wie vor zulaufen, verwendet aber die Bahn dazu, eine
der beiden Walzen ”einzupacken”. Neben
Mitteln, die zum Abschlagen der Bahn verwendet werden, sind dann
gegebenenfalls noch zusätzliche
Leitmittel erforderlich, die der Bahn die gewünschte Richtung geben. Wenn
die Bahn um die Gegenwalze gewickelt wird, wird verhindert, daß das Öl in Kontakt
mit der heißen
Walzenoberfläche
kommt. Wenn die Schuhwalze umwickelt wird, dann wird die Schuhwalze
eingeschlossen, so daß man
die Bahn verwendet, um den Austritt von Öl aus dem Mantel zu verhindern. Darüber hinaus
wird der Mantel stabilisiert. Der sich auf dem Mantel bildende Wickel
stellt in beiden Fällen
eine thermische Isolierung zur jeweils anderen Walze dar.
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Vorzugsweise überwacht
man zur Erfassung eines Schadens des Mantels einen Druck in einem vom
Mantel umgebenden Hohlraum. Im Mantel herrscht in der Regel ein Überdruck
von mindestens 25 mbar, um die Form des Mantels zu stabilisieren. Vorteilhafterweise
ist dieser Druck sogar noch höher, beispielsweise
im Bereich von 35–90
mbar. Mit höherem
Druck nimmt die Stabilität
der Schuhwalze zu. Allerdings müssen
die Dichtungen den Mantel auch gegen eine höhere Druckdifferenz noch wirksam nach
außen
abdichten. Ein Mantelschaden kann nun dadurch erkannt werden, daß man im
Betrieb eine oder mehrere Druckmessungen vornimmt. Fällt beispielsweise
der Überdruck
im vom Mantel umgebenden Hohlraum auf einen Wert unter 20 mbar,
so wird dies als Riß oder
Beschädigung
des Mantels interpretiert. Die genauen Werte, die auf einen Riß im Mantel
hindeuten, sind natürlich
von der jeweiligen Schuhwalze abhängig.
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Vorzugsweise überwacht
man eine Druckänderung
im Hohlraum. Eine Druckänderung
läßt sich vielfach
leichter überwachen,
als ein absoluter Druck. Wenn sich der Druck in einer vorbestimmten
Zeit um mehr als einen vorbestimmten Betrag ändert, ist dies ein Indiz für die Beschädigung des
Mantels.
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Zusätzlich oder
alternativ Überwachung
des Drucks oder der Druckänderung
kann man die Schuhwalze auch optisch überwachen, beispielswei se mit
Hilfe einer Kamera. Die Kamera nimmt dann ein Bild der Oberfläche der
Schuhwalze auf. Wenn sich dieses Bild ändert, ist dies ebenfalls ein
Indiz für die
Beschädigung
der Walze. Gegebenenfalls ist auch ein Ölaustritt selbst zu erkennen.
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Vorzugsweise
schlägt
man die Bahn vor dem Breitnip ab, wenn sie sich mit einer vorbestimmten Dicke
um die Walze gewickelt hat. In der Regel reicht es aus, wenn die
Schutzschicht auf der Walze eine vorbestimmte Dicke erreicht hat.
Weitere Lagen der Bahn bieten dann keinen zusätzlichen Schutz mehr. In diesem
Fall wird die Bahn vor dem Breitnip abgetrennt, so daß die ”eingepackte” Walze
dann auslaufen kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
die Bahn mit einer Dicke um die Walze wickelt, die maximal 90% des
Abstands der Walzen im geöffneten
Zustand des Breitnips entspricht. Dadurch verhindert man, daß der Wickel
zu dick wird und die den Breitnip bildenden Walzen beschädigt.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man die Bahn mit einer Dicke von mindestens
1 mm um die Walze wickelt. Der Durchmesser der Walze nimmt dann
um 2 mm zu. Wenn man die Schuhwalze einpackt, dann kann der Wickel
auch eine Dicke von mindestens 1,5 mm haben, um den Mantel zusätzlich stabilisieren
zu können.
Man kann auch eine andere Bemessung wählen: Beispielsweise kann man
dafür sorgen,
daß die
Bahn mit mindestens sechs Lagen um die Walze gewickelt wird, bevorzugt
bei Sorten mit höheren
Flächengewichten.
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Vorzugsweise
verwendet man einen Sensor, der die Dicke der um die Walze gewickelten
Bahn ermittelt. Dieser Sensor kann dann ein Signal erzeugen, auf
das hin die Bahn vor dem Breitnip abgeschlagen wird.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann man einen Zeitpunkt für
das Abschlagen der Bahn vor dem Breitnip unter Berücksichtigung
des Umfangs der Walze, des Geschwindigkeitsverlaufs der Walze und dem
Abstand der Abschlagseinrichtung vor dem Breitnip errechnen. Gegebenenfalls
kann man auch noch die Dicke der Bahn in die Berechnung mit einfließen lassen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
die Berechnung nach dem Auftreten des Schadens vornimmt. In diesem
Fall stehen die aktuellen Daten zur Verfügung, vor allem die Bahngeschwindigkeit
und die Bremsgeschwindigkeit beim Abbremsen der Walzen.
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Vorzugsweise
hebt man Aggregate, die an der einzuwickelnden Walze anliegen oder
ihr dicht benachbart sind, bei Auftreten des Schadens von der Walze
ab. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen verhindert man, daß die Bahn,
die sich um die Walze wickeln soll, beschädigt wird. Zum anderen verhindert man
auch, daß die
Bahn mit dem sich bildenden Wickel die Aggregate beschädigt.
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In
allen Fällen
ist es von Vorteil, daß man
bei Auftreten eines Schadens einen Bahnbeschnitt vor dem Breitnip
deaktiviert. Damit wird die Breite der Bahn erhöht, so daß die Bahn in Axialrichtung
der Walzen gesehen einen größeren Bereich
abdeckt. Damit wird die Gefahr weiter verringert, daß Öl aus dem
beschädigten
Mantel auf die Oberfläche
der heißen
Walze spritzt und sich dort entzündet.
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Vorzugsweise
versetzt man die Bahn quer zu ihrer Laufrichtung, wenn der Schaden
des Mantels außerhalb
der Bahnbreite auftritt. Wenn beispielsweise der Schaden in einem
axialen End- oder Randbereich des Mantels auftritt, dann könnte das Öl seitlich neben
der Bahn herausspritzen. Dieser Fehlerfall wird auf einfache Weise
dadurch entschärft,
daß man die
Bahn so weit verlagert, daß sie
den Schaden wieder abdecken kann. Eine derartige Verlagerung läßt sich
beispielsweise dadurch bewirken, daß man eine vor dem Breitnip
angeordnete Leitwalze etwas neigt.
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Bevorzugterweise
ermittelt man die axiale Position des Schadens. In diesem Fall stellt
man nicht nur fest, ob ein Schaden aufgetreten ist, sondern auch
wo. Anhand der axialen Position läßt sich dann bestimmen, ob
die Bahn versetzt werden muß oder
nicht.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
des Verfahrens,
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2 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
des Verfahrens und
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3 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer dritten Ausführungsform
des Verfahrens.
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1 zeigt
einen Breitnip-Kalander 1 mit einer Schuhwalze 2 und
einer Gegenwalze 3, die zwischen sich einen Breitnip 4 ausbilden.
In 1 ist der Breitnip 4 geöffnet, d.
h. die Schuhwalze 2 und die Gegenwalze 3 sind
voneinander entfernt worden.
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Die
Schuhwalze 2 weist einen umlaufenden Mantel 5 auf,
der mit Hilfe eines Anpreßschuhs 6 in Richtung
auf die Gegenwalze 3 belastet ist. Der Anpreßschuh 6 weist
eine Andruckfläche 7 auf,
die konkav gekrümmt
ist, so daß der
Mantel 5 im Bereich des Anpreßschuhs 6 an den Umfang
der Gegenwalze 3 angedrückt
werden kann. Dies ist schematisch durch die entsprechende Wölbung des
Mantels 5 dargestellt.
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Um
die Reibung zwischen dem Mantel 5 und dem Anpreßschuh 6 herabzusetzen,
ist in der Andruckfläche
eine nicht näher
dargestellt hydrostatische Schmiereinrichtung vorgesehen, d. h.
es wird fortlaufend ein Öl
zwischen den Mantel 5 und den Anpreßschuh 6 gedrückt. Dieses Öl sammelt
sich in einem Hohlraum 8 an, der vom Mantel 5 umgeben
ist. Aus dem Hohlraum 8 wird das Öl mit nicht näher dargestellten
Abfördermitteln
abgefördert.
Der Hohlraum 8 ist an seinen Stirnseiten verschlossen,
beispielsweise durch Stirnscheiben.
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Die
Gegenwalze 3 ist beheizt. Sie weist hierzu beispielsweise
periphere Bohrungen 9 auf, durch die ein Heizmedium, beispielsweise
Dampf oder erhitztes Öl,
geleitet werden kann, um die Oberfläche der Gegenwalze 3 zu
beheizen. Bei einem Breitnip-Kalander kann die Temperatur der Oberfläche der
Gegenwalze 3 durchaus Werte in der Größenordnung von 180°C und mehr
annehmen.
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Jedes
Mal, wenn der Mantel 5 den Breitnip 4 durchläuft, wird
er in erheblichen Maße
umgeformt. Diese andauernde Belastung des Mantels führt zu dem
Risiko, daß der
Mantel beschädigt
wird. Wenn eine derartige Beschädigung
zu einer Öffnung
führt, dann
kann Öl
aus dem Hohlraum 8 herausgeschleudert werden. Dabei besteht
die Gefahr, daß das Öl an die
heiße
Gegenwalze 3 kommt und sich dort entzündet.
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Üblicherweise
wird in einem Fehlerfall eine Abschlageinrichtung 10 aktiviert,
die eine Bahn 11, die den Breitnip durchläuft, durchtrennt.
Die Abschlageinrichtung 10 ist dabei in Bahnlaufrichtung,
die durch einen Pfeil 12 dargestellt ist, vor dem Breitnip 4 angeordnet,
d. h. man versucht, die Bahn 11 aus dem Breitnip 4 zu
entfernen. Diese Vorgehensweise wird im vorliegenden Fall nicht
verwendet. Vielmehr geht folgendermaßen vor:
Man überwacht
zunächst,
ob der Mantel 5 beschädigt ist.
Hierzu kann man beispielsweise einen Drucksensor 13 verwenden,
der im Hohlraum 8 angeordnet ist. Der Drucksensor 13 kann
entweder einen absoluten Druck im Hohlraum feststellen. Der Druck
im Hohlraum 8 liegt normalerweise in der Größenordnung von
25 bis 95 mbar höher
als der Umgebungsdruck. Wenn dieser Druck auf einen Wert unter 20
mbar absinkt, wird dies als Riß des
Mantels 5 interpretiert.
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Man
kann den Drucksensor 13 auch eine Druckdifferenz über der
Zeit erfassen lassen. Wenn beispielsweise der Überdruck im Hohlraum 8 in
einer Sekunde um 10 mbar absinkt, wird dies ebenfalls als Beschädigung des
Mantels 5 interpretiert.
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Zusätzlich oder
anstelle des Drucksensors 13 kann man eine optische Überwachung
verwenden, beispielsweise in Form einer Kamera 14, die
auf die Oberfläche
des Mantels 5 gerichtet ist. Wenn sich dort eine Veränderung
ergibt, dann wird ebenfalls auf eine Beschädigung des Mantels 5 beschlossen.
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Wenn
eine derartige Beschädigung
festgestellt wird, dann werden die Schuhwalze 2 und die Gegenwalze 3 möglichst
umgehend auseinander gefahren, um den Breitnip 4 zu öffnen. Gleichzeitig
wird die Ölzufuhr
zur Schuhwalze 2 unterbrochen. Die Öl enthaltende und mit Bahngeschwindigkeit
umlaufende Schuhwalze 2 muß dann abgebremst werden, was
aber aufgrund der Massenträgheit
eine gewisse Zeit erfordert. Üblicherweise
kann die Geschwindigkeit in 10 s um 100 m/min reduziert werden.
Bei Produktionsgeschwindigkeiten von über 600 m/min würde es also über eine
Minute dauern, bis die Schuhwalze 2 zum Stillstand gekommen
ist. Bei höheren Bahngeschwindigkeiten
dauert diese Zeit noch län ger.
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In
dieser Zeit tritt mit großer
Wahrscheinlichkeit Öl
aus der Schuhwalze 2 aus, das durch die Fliehkräfte des
bewegten Mantels 5 noch verstärkt werden kann. Im Betrieb
entsteht eine Gefahr nicht nur unmittelbar durch das herausspritzende Öl, sondern
auch dadurch, daß dieses Öl auf die
gegenüberliegende
Gegenwalze 3 gelangen kann. Dort kann sich das Öl entzünden.
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Man
fährt also
nicht nur die Gegenwalze 3 und die Schuhwalze 2 auseinander,
sondern durchtrennt die Bahn in Laufrichtung 12 hinter
dem Breitnip 4 mit Hilfe einer Abschlageinrichtung 15.
Ein Teil 16 in Bahnlaufrichtung 12 hinter der
Abschlageinrichtung 15 wird weiter aufgewickelt oder abgeführt. Der dem
Breitnip 4 benachbarte Teil der Bahn 11 wird mit Hilfe
von nur schematisch als Pfeile 17 dargestellten Leitmitteln
um die Schuhwalze 2 herumgeleitet, so daß sich auf
der Schuhwalze 2 ein Wickel 18 aus der Bahn 11 bildet.
Dieser Wickel 18 ”verpackt” die Schuhwalze 2 und
verhindert, daß aus
dem Mantel 5 Öl
herausgedrückt
wird.
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Nach
einer gewissen Zeit wird die Bahn 11 durch die Abschlageinrichtung 10 vor
dem Breitnip durchtrennt. Der Zeitpunkt bestimmt sich aus der Dicke
der Bahn 11 und damit der Dicke der ”Verpackung” des Mantels 5, also
des Wickels 18, aus der Festigkeit der Bahn 11 und
dem Abstand der beiden Walzen 2, 3 im geöffneten
Zustand des Breitnips 4. Der Wickel 18 darf dabei
höchstens
so dick werden, wie der Abstand zwischen den Walzen 2, 3.
Vorzugsweise sollte die Dicke weniger als 90% des Abstands betragen.
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Die
Festigkeit der ”Verpackung” hängt von der
Festigkeit der verwendeten Bahn ab. Der Wickel sollte aus mindestens
6 Lagen der Bahn bestehen beziehungsweise mindestens 1,5 mm dick
sein. Hieraus ergibt sich eine Durchmesserzunahme von mindestens
3 mm.
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Über die
Geschwindigkeit der Bahn 11, die Verzögerung, mit der die Schuhwalze 2 abgebremst wird,
den Umfang der Schuhwalze 2 und den Abstand der vor dem
Breitnip 4 angeordneten Abschlagvorrichtung 10 kann
der Zeitpunkt berechnet werden, zu dem die Bahn 11 zum
zweiten Mal abgeschlagen wird, nämlich
vor dem Breitnip 4. Die Berechnung dieses Zeitpunkts kann
erfolgen, während
der beschriebene Prozeß abläuft.
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Alternativ
kann auch ein Sensor 19 verwendet werden, der die Dicke
des Wickels 18 mißt
und daraus und aus dem Abstand der Abschlagvorrichtung 10 den
Zeitpunkt zum Abschlagen vor dem Breitnip 4 bestimmt.
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In
vielen Fällen
ist vor dem Breitnip 4 noch eine Einrichtung zum Beschneiden
der Ränder
der Bahn vorgesehen. Diese Aggregate zum Bahnbeschnitt können für die Dauer
der Störung,
also wenn der Wickel 18 um die Schuhwalze 2 erzeugt
wird, deaktiviert werden. Dadurch erhöht sich die Breite der Bahn 11 an
der Schuhwalze 2, was noch einen besseren Schutz bietet.
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Außerdem kann
es sinnvoll sein, andere, nicht näher dargestellte Bauelemente,
die zuvor am Mantel 5 anlagen oder sehr nahe daran angebracht waren,
beispielsweise Schaber oder Befeuchtungseinrichtungen, für die Dauer
der Störung
abzuschwenken.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform.
Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In
diesem Fall wird die Bahn 11 nach dem Abschlagen mit Hilfe
der Abschlageinrichtung 15 um die Gegenwalze 3 geleitet.
Schematisch durch Pfeile 20 dargestellt sind Leitmittel,
die nach dem Abschlagen hinter dem Breitnip 4 die Bahn 11 um
die Gegenwalze 3 leiten, um dort den Wickel 18 zu
bilden.
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In
diesem Fall wird die heiße
Oberfläche
der Gegenwalze 3 abgedeckt und man verhindert somit, daß Öl auf die
heiße
Oberfläche
der Gegenwalze 3 gelangt.
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Der
Wickel 18 sollte auch in diesem Fall aus mindestens sechs
Lagen bestehen beziehungsweise mindestens 1 mm dick sein,
so daß der
Durchmesser der Gegenwalze 3 um mindestens 2 mm wächst.
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Im übrigen ist
die Vorgehensweise so, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben.
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3 zeigt
eine weiter abgewandelte Ausführungsform.
Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 beschrieben.
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Bei
der in 3 dargestellten Vorgehensweise wird die Bahn 11 bei
Auftreten eines Fehlers nicht durchtrennt. Sie läuft vielmehr weiter und wird zu
einer Wickelrolle 21 aufgewickelt oder in einen nicht näher dargestellten
Pulper geleitet. Die Bahn 11 wirkt aber nach wie vor als
Sperre zwischen der Schuhwalze 2 und der Gegenwalze 3,
so daß Öl nicht auf
die heiße
Oberfläche
der Gegenwalze 3 gelangen kann.
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Zweckmäßigerweise
markiert man die Bahn 11, beispielsweise dadurch, daß mit Hilfe
einer Sprüheinrichtung 22 Farbe
auf den Rand der Bahn 11 aufgesprüht wird, so daß man am
fertigen Wickel 21 erkennen kann, wo Ausschuß ist.
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Auch
bei den Ausgestaltungen nach den 2 und 3 kann
es zweckmäßig sein,
die Breite der Bahn 11 zu erhöhen, indem Aggregate zum Bahnbeschnitt
deaktiviert werden, solange man den Fehler abwickeln muß. Dadurch
erhöht
sich die Breite der Bahn 11 an der Walze 3 beziehungsweise
zwischen den Walzen 2 und 3.
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Bei
der Ausgestaltung nach 3 wird die Bahn 11 mit
Hilfe der Abschlageinrichtung 10 vor dem Breitnip 4 dann
abgeschlagen, wenn der Mantel 5 nur noch eine geringe Geschwindigkeit
hat. Die Geschwindigkeit sollte vorzugsweise unter 100 m/min liegen,
besser unter 50 m/min und noch vorteilhafterweise unter 5 m/min.
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Um
das Abbremsen des Mantels zur beschleunigen, kann man beim Öffnen des
Nips dafür sorgen,
daß der
Mantel der Schuhwalze weiter am Anpreßschuh anliegt. In diesem Fall
werden beim Trennen der Walzen die Achsen der Walzen voneinander
entfernt.
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Wenn
der Schaden in einem Bereich auftritt, der nicht von der Bahn abgedeckt
ist, dann würde das Öl aus dem
Mantel heraustreten können,
ohne von der Bahn behindert zu werden. In diesem Fall wird eine
dem Breitnip vorgeschaltete Leitwalze etwas geneigt. Dies hat zur
Folge, daß die
Bahn seitlich versetzt wird. Der seitliche Versatz führt dazu,
daß die
Bahn den Schaden überdeckt.
Auch in diesem Fall kann die Bahn als Schutzeinrichtung verwendet werden.