DE10351515A1

DE10351515A1 - Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn

Info

Publication number: DE10351515A1
Application number: DE10351515A
Authority: DE
Inventors: Josef Schneid; Joachim Hinz; Hans-Rolf Conrad; Jochen Autrata
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-09
Also published as: DE502004011768D1; EP1529877A1; EP1529877B1; ATE484625T1

Abstract

Eine Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Kalanderwalze, umfasst einen Walzenmantel, der mit peripheren Heiz- und/oder Kühlkanälen versehen ist, die mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium beaufschlagbar sind. Die Walze ist dadurch gekennzeichnet, dass der Walzendurchmesser größer als etwa 400 mm ist, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von etwa 140 bis etwa 260 mm liegt, dass der Durchmesser der vorzugsweise durch Bohrungen gebildeten Heiz- bzw. Kühlkanäle in einem Bereich von etwa 24 bis etwa 60 mm liegt und dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils größer als 55 mm ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Kalanderwalze, mit einem Walzenmantel, der mit peripheren Heiz- und/oder Kühlkanälen versehen ist, die mit einem Heiz- und/oder Kühlmedium beaufschlagbar sind. Bei der zu behandelnden Materialbahn kann es sich beispielsweise um eine Papier- oder Kartonbahn handeln. Die Walze kann z.B. eine innen beheizte Walze sein.
Walzen dieser Art können beispielsweise in Kalandern eingesetzt werden, in denen sie mit zumindest einer Gegenwalze einen Nip bilden, durch den beispielsweise eine zu glättende Materialbahn wie z.B. eine Papier- oder Kartonbahn hindurchgeführt wird. Die Heiz- bzw. Kühlkanäle verlaufen in der Regel parallel zur Walzenachse.

Beheizbare Walzen bzw. Kalanderwalzen der eingangs genannten Art sind beispielsweise in den Druckschriften EP-B-0 598 737 und EP-B-0 710 741 beschrieben. Bei diesen bekannten beheizten Kalanderwalzen ist der Abstand der peripheren Heizkanäle bzw. -bohrungen zur Walzenoberfläche kleiner als 50 mm. Damit ergibt sich zwar ein geringerer Temperaturunterschied zwischen dem Heizmedium und der Walzenoberfläche. Bei hohen Wärmeleistungen zeigen Walzen dieser bekannten Bauart jedoch sowohl eine zunehmende Ungleichmäßigkeit bezüglich der Oberflächentemperatur als auch eine verstärkte Polygonbildung. Die unterschiedliche Temperatur wirkt sich schädlich auf den Satinageprozess aus. Mit der verstärkten Polygonbildung können insbesondere auch hochfrequente Schwingungen angeregt werden, deren Frequenz bzw. Frequenzen einem ganzzahligen Vielfachen der Walzendrehzahl entsprechen. Die aufgrund dieses Polygoneffekts erregten hochfrequenten Schwingungen haben vor allem auf die Entstehung eines sogenannten Barring-Effekts entscheidenden Einfluss, der sich beispielsweise in Form von Querstreifen auf der Papierbahn manifestiert. Sobald diese Streifen sichtbar werden, ist die Papierbahn normalerweise unbrauchbar und als Ausschuss zu betrachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Walze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind. So soll insbesondere die Gefahr einer Polygonbildung verringert werden. Zudem soll eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur sichergestellt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Walzendurchmesser größer als etwa 400 mm ist, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von etwa 140 bis etwa 260 mm liegt, dass der Durchmesser der vorzugsweise durch Bohrungen gebildeten Heiz- bzw. Kühlkanäle in einem Bereich von etwa 24 bis etwa 60 mm liegt und dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils größer als 55 mm ist. Die Heiz- bzw. Kühlkanäle können insbesondere wieder parallel zur Walzenachse verlaufen.

Mit dieser Ausbildung ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Oberflächentemperatur. Zudem werden Abweichungen von der idealen Kreisform auf ein Minimum reduziert.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze liegt der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 70 mm.

Der Walzendurchmesser ist bevorzugt größer als 700 mm.

Die Dicke des Walzenmantels liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 180 bis etwa 240 mm.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Abstand zwischen den äußeren peripheren Heiz- bzw. Kühlkanälen kleiner oder gleich dem einfachen Durchmesser eines Heiz- bzw. Kühlkanals ist.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze ist die im Betrieb erzeugte Wärmeleistung größer oder gleich 25 kW/m² Oberfläche.

Die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heiz- bzw. Kühlmediums liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 6 bis etwa 16 K.

Als Heiz- bzw. Kühlmedium kann beispielsweise Öl oder Wasser vorgesehen sein.

Ist als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl vorgesehen, so liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m/s.

Ist als Heiz- bzw. Kühlmedium Wasser vorgesehen, so liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 m/s.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform besitzt die Walze einen Grundkörper, der aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit ≥ 30 W/mK besteht.

Bevorzugt besteht die Walze aus einem Grundkörper mit einer harten verschleißfesten Oberfläche.

Vorteilhafterweise umfasst die Walze einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 380 V bestehenden Grundkörper sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV.

Eine zweckmäßige alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Walze einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 420 HV bestehenden Grundkörper sowie eine auf diesen Grundkörper aufgeschweisste Hartschicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 2,0 bis etwa 6,0 mm und einer Härte ≥ 500 HV umfasst.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Walze einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 450 HV aufweist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Walze einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 380 HV aufweist, sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritz schicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV.

Mit der erfindungsgemäßen Walze ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Oberflächentemperatur. Bei einem Vergleich mit herkömmlichen Walzen hat sich insoweit eine Verbesserung von etwa 50 % ergeben. Überdies wird auch eine deutlich höhere Formstabilität erzielt, d.h. die Abweichungen von der idealen Kreisform wurden entsprechend verringert. Bei einem Vergleich mit herkömmlichen Walzen hat sich insoweit eine Verbesserung von etwa 33 % ergeben.

Dem Umstand, dass eventuell eine höhere Vorlauftemperatur erforderlich ist, kann technisch problemlos Rechnung getragen werden.

Die Erfindung ist grundsätzlich zwar bei Heiz- und/oder Kühlwalzen anwendbar. Bevorzugt ist jedoch deren Anwendung bei beheizten Walzen.

Claims

Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Kalanderwalze, mit einem Walzenmantel, der mit peripheren Heiz- und/oder Kühlkanälen versehen ist, die mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzendurchmesser größer als etwa 400 mm ist, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von etwa 140 bis etwa 260 mm liegt, dass der Durchmesser der vorzugsweise durch Bohrungen gebildeten Heiz- bzw. Kühlkanäle in einem Bereich von etwa 24 bis etwa 60 mm liegt und dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils größer als 55 mm ist.
Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils in einem Bereich von etwa 60 bis etwa 70 mm liegt.
Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzendurchmesser größer als 700 mm ist.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von etwa 180 bis etwa 240 mm liegt.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den peripheren Heiz- bzw. Kühlkanälen kleiner oder gleich dem einfachen Durchmesser eines Heiz- bzw. Kühlkanals ist.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betrieb erzeugte Wärmeleistung größer oder gleich 25 kW/m² Oberfläche ist.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heiz- bzw. Kühlmediums in einem Bereich von etwa 6 bis etwa 16 K liegt.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl oder Wasser vorgesehen ist.
Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl vorgesehen ist und bei diesem Heiz- bzw. Kühlmedium die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2,5 m/s liegt.
Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Wasser vorgesehen ist und bei diesem Heiz- bzw. Kühlmedium die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 1,5 m/s liegt.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper besitzt, der aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit ≥ 30 W/mK besteht.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Grundkörper mit einer harten verschleißfesten Oberfläche besteht.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 380 HV bestehenden Grundkörper sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV umfasst.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 420 HV bestehenden Grundkörper sowie eine auf diesen Grundkörper aufgeschweisste Hartschicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 2,0 bis etwa 6,0 mm und einer Härte ≥ 500 HV umfasst.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche umfasst, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 450 HV aufweist.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 380 HV aufweist, sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV umfasst.