DE19819663A1 - Verfahren zur Verminderung des Rundlauffehlers einer umlaufenden Walze und entsprechende Walze - Google Patents

Abstract

Dem Rundlauffehler einer umlaufenden Walze (100) wird mittels einer ihm entgegengesetzten Biegung der Walze (100) in einer durch ihre Achse (A) gehenden Ebene entgegengewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminde­ rung des Rundlauffehlers einer umlaufenden Walze und eine Walze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Bei vielen technischen Prozessen, die auf Walzvorrichtun­ gen ausgeführt werden, spielt die Rundlaufgenauigkeit der beteiligten Walzen ein große Rolle. Ein Rundlauffehler führt zu periodischen Veränderungen des Walzspalts im Rhythmus der Drehung. Diese Änderungen prägen sich im Pro­ dukt aus, was für das Walzen von Papier oder Folien zwi­ schen in einem Walzspalt zusammenwirkenden Walzen ohne weiters sinnfällig ist. Es gibt aber auch andere Prozesse, bei denen es sehr auf die Rundlaufgenauigkeit ankommt, z. B. beim Ultraschall-Verfestigen von thermoplastischen Vliesen, bei der das Vlies zwischen einer Sonotrode und einer Gegenwalze hindurchgeführt wird und die erzielte Verfestigung sehr empfindlich auf die Einhaltung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen der Sonotrode und der Gegenwalze abhängt.

Mit modernen Schleifmaschinen sind heute Rundlaufgenau­ igkeiten bei der Herstellung der Walzen von 3 bis 5 µm zu erzielen. Dieser für Walzenkörper von 30 bis 50 cm Durch­ messer und 3 bis 5 m Länge außerordentlich geringe Wert der Rundlauftoleranz kann allerdings im Einsatz der Walze nicht aufrecht erhalten werden. Die Praxis zeigt, daß sich die Rundlaufgenauigkeit durch verschiedene Faktoren im Laufe der Zeit verschlechtert. Solchen Faktoren können sein:

• - Durchhang bei längerer Lagerung
• - nicht-homogenes Gefüge
• - ungleichmäßige Erwärmung über die Erstreckung des Walzenkörpers
• - in dem Walzenkörper vorhandene Spannungsnester, die sich im Laufe der Zeit setzen

und dergleichen.

In der Praxis stellen sich daher auch an einer zunächst nur den erwähnten minimalen Rundlauffehler aufweisenden Walze nachträglich Rundlauffehler ein, die je nach Größe der Walze die Größenordnung von ca. 50 µm erreichen.

Dabei zeigt sich, daß in den meisten Fällen ähnlich wie bei einer Biegung der Walze in einer durch ihre Achse gehenden Ebene der maximale Rundlauffehler in der Walzen­ mitte liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartigen nicht belastungsbedingte Rundlauffehlern der Walze im Betrieb entgegenzuwirken.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 in ihrem ver­ fahrensmäßigen Aspekt wiedergegebene Erfindung gelöst, die sich in ihrem vorrichtungsmäßigen Aspekt in Anspruch 2 darstellt.

Die Idee beruht darauf, einen Rundlauffehler, der in Um­ fangsrichtung vorliegt, aber in vielen Fällen über die Länge der Walze gesehen einer Biegung derselben in einer durch ihre Achse gehenden Ebene ähnelt, durch eine Gegen­ biegung entgegenzutreten. Damit kann der Rundlauffehler zwar im allgemeinen nicht exakt beseitigt werden, doch kann immerhin der mittlere längs der Walze im Ar­ beitsspalt auftretende Fehlerwert verringert werden.

Einer Durchbiegung eines hohlen Walzenkörpers in einer durch seine Achse gehenden Ebene unter der im Walzspalt auftretenden Streckenlast entgegenzuwirken ist von jeder durchbiegungssteuerbaren Walze bekannt. Hierbei geht es aber nicht um Rundlauffehler. Der Biegeträger ist drehfest angeordnet, und es dreht sich der Walzenkörper um diesen. Ein besonderer Fall ist Gegenstand der US-PS 3 273 492, die eine Saugwalze für die Textil- oder Papierindustrie betrifft. Der feststehende Saugkasten entspricht dem Bie­ geträger. Er ist an den Enden im Maschinenständer drehfest angeordnet. Zu beiden Seiten des Saugbereichs ist die gelochte umlaufende Saugwalze auf dem Saugträger drehgela­ gert. Die Ansätze der Saugwalze reichen über diese Stelle axial nach außen und werden an ihren Enden dicht innerhalb des Maschinenständers mittels Kolbenzylindereinheiten radial beaufschlagt, so daß sich eine Biegung ergibt, die der Streckenbelastung im Saugspalt entgegengerichtet ist.

Es sind auch Walzenkonstruktionen bekannt, bei denen der hohle Walzenkörper nur an einigen Stellen auf einen mit umlaufenden Biegeträger abgestützt sind. Auch hierbei geht es aber darum, der Burchbiegung des Walzenkörpers in einer durch seine Achse gehenden Ebene entgegenzuwirken (US-PS 2 651 103).

Bei der Erfindung geht es nicht nur um die Abstützung gegen die Streckenlast im Walzspalt, sondern es wird in der Walze eine Biegung erzeugt, die eine bei der Drehung über den Umfang auftretende Schwankung des radialen Ab­ standes der Umfangsfläche von einer Drehachse vermindern soll.

Für die in den Ansprüche 1 und 2 wiedergegebene Erfindung kommen zwei Wege der Verwirklichung in Betracht.

Bei dem Weg nach Anspruch 3 übt die "Einrichtung" ihre Kraft in einer gegenüber dem Walzenkörper in Umfangsrich­ tung festen Richtung aus.

Damit ist gemeint, daß der Rundlauffehler zu einen be­ stimmten Zeitpunkt festgestellt und mittels der Einrich­ tung eine unveränderliche, den Rundlauffehler so gut wie möglich behebende Kraft ausgeübt wird. Die Richtung dieser Kraft läuft mit der Walze um. Dies ist eine einfachere Ausführungsform der Erfindung, die keine Anpassung der Korrekturwirkung an im Betrieb der Walze auftretende Ände­ rungen des Rundlauffehlers erlaubt.

Die leistungsfähigere und bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des Anspruchs 4. Die "Einrichtung" übt ihre Kraft hierbei in einer gegenüber dem Maschinenständer festen Wirkebene aus. Die Kraftrichtung ist also konstant und verändert sich gegenüber der umlaufenden Walze stän­ dig. Die Wirkebene ist bei einem Walzenpaar die Verbin­ dungsebene der Walzenachsen oder dieser Verbindungsebene benachbart, wenn die Wirkebene der einlaufenden Bahn etwas entgegengerichtet ist.

Gemäß Anspruch 5 kann die Einrichtung ihre Kraft rein mechanisch über formschlüssig aneinander anliegende Ele­ mente ausüben.

Solche Elemente können z. B. durch eine Schraubspindel und die entsprechende Mutter gebildet sein. Zu Beginn des Betriebs der Walze erfolgt eine Positionierung der Schraubspindel in der richtigen Richtung und ein entspre­ chendes Anziehen derselben, um die Biegekraft zustande zu bringen. Diese Einstellung bleibt dann im Betrieb der Walze erhalten. Außer der Schraubspindel kommen für eine solche Ausführungsform auch Exzenteranordnungen, Keilan­ ordnungen oder dergleichen in Betracht.

Insbesondere für den Fall der feststehenden Kraftrichtung sind jedoch gemäß Anspruch 6 mindestens 3 über den Umfang verteilte, in gegenseitiger Abhängigkeit betätigbare radi­ al wirkenden Linearantriebe vorgesehen.

Bei entsprechender Betätigung erzeugen die Kräfte der Linearantriebe eine Resultierende, die das zwischen dem Biegeträger und dem Walzenkörper ausgeübte Biegemoment bestimmt. Die Betätigung kann insbesondere so erfolgen, daß diese Resultierende immer in der Wirkebene liegt.

Die mindestens drei Linearantriebe können zwar auch rein mechanische Antriebe sein, doch sind sie gemäß Anspruch 7 hydraulisch oder gemäß Anspruch 8 elektrisch betätigbar, insbesondere piezoelektrisch (Anspruch 9) oder magneto­ strektiv (Anspruch 10), was Vorteile hat, wenn die Kraft­ änderung im Rhythmus der Drehung des Walzenkörpers und mit entsprechend hoher Frequenz erfolgen muß.

Gemäß Anspruch 11 kann die Einbringung der Betätigungs­ energie in die Walze durch einen Drehanschluß erfolgen, der je nach Ausbildung der "Einrichtung" für hydraulische oder elektrische Energie vorgesehen ist. Im Falle der hydraulischen Betätigung kann ebenfalls eine Änderung der Kraft der entsprechenden Betätiger mit hoher Frequenz erfolgen, da die in Betracht kommenden Hübe und somit die zu verlagernden Mengen an hydraulischem Medium gering sind.

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführung ist Gegenstand des Anspruchs 13.

Eine wichtige Ausgestaltung ist die Steuerung nach An­ spruch 14.

Diese Steuerung ermittelt aus den Schwankungen des Rund­ laufs am Walzenumfang und der jeweiligen Drehstellung des Walzenkörpers den zeitlichen Verlauf der benötigten Kräfte und gibt den entsprechenden zeitlich Verlauf des hydrauli­ schen Drucks bzw. der entsprechenden elektrischen Größe vor, die zu einer Verringerung der Schwankung des Rund­ laufs führen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Walze;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 1 von rechts;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Verlaufs der Signale des Rundlaufsensors und des Drehstellungsanzeigers.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Walze umfaßt einen Walzenkörper 10 mit einem dickwandigeren Mittelteil 1, dessen zu der Achse A konzentrischer zylindrischer Au­ ßenumfang 2 die arbeitende Umfangsfläche des Walzenkörpers 10 bildet. An den beiden Enden sind Walzenzapfen 3 gerin­ geren Außendurchmessers vorgesehen, die in einem nur ange­ deuteten Maschinenständer 4 auf Lagern 5 drehbar gelagert sind.

Der Walzenkörper 10 weist eine durchgehende Bohrung 6 auf, die die Innenumfangsfläche 7 des Walzenkörpers 10 bildet. In der Bohrung 6 ist ein der Länge nach durchgehender Biegeträger 8 angeordnet, der etwa die gleiche Länge hat wie der Walzenkörper, sich mit diesem dreht und die Boh­ rung 6 fast ausfüllt, jedoch auf dem überwiegenden Teil seiner Länge einen geringen Abstand 9 zum Innenumfang 7 des Walzenkörpers 10 beläßt. Nur in der Mitte seiner Länge weist der Biegeträger 8 einen radialen Umfangsbund 11 auf, der mit seiner äußeren zylindrischen Stirnfläche 12 an der Innenumfangsfläche 7 der Bohrung 6 anliegt. Ein entspre­ chender Umfangsbund 13 ist am linken Ende des Walzenkör­ pers 10 und des Biegeträgers 8 vorgesehen und liegt mit seiner zylindrischen äußeren Stirnfläche 14 ebenfalls an der Innenumfangsfläche 7 an.

An dem in Fig. 1 rechten Ende des Walzenkörpers 10 ist eine als Ganzes mit 30 bezeichnete Einrichtung zur Aus­ übung einer radialen Kraft zwischen dem dortigen Ende des Biegeträgers 8 und dem benachbarten Ende des Walzenkörpers 10 vorgesehen. Wenn die Einrichtung 30 eine Kraft im Sinne des Pfeiles 15 ausübt, ergeben sich an den radialen Bunden 11 und 13 Kräfte 15' und 15'', die zu einer geringen Bie­ gung des Walzenkörpers 10 führen, die einem Rundlauffehler des Walzenkörpers entgegengerichtet ist, der meist einem der Auslenkung bei der Biegung entsprechenden verlauf hat, d. h. im Mittelbereich der Walze 100 am größten ist. Der Biegeträger 8 biegt sich dabei innerhalb der Bohrung 6 durch. Damit diese Biegung möglich ist, ist der radiale Abstand 9 belassen.

Es ist anhand von Fig. 1 erkennbar, daß die Biegewirkung auch erzeugt werden könnte, wenn statt des Umfangsbundes 13 auch am linken Ende des Walzenkörpers 10 eine Ein­ richtung 30 vorgesehen wäre.

Die Einrichtung 30 umfaßt in dem Ausführungsbeispiel einen an das Ende des Walzenkörpers 10 bzw. dem Walzenzapfen 3 angeflanschten einen axialen Flansch bildenden Ring 16, zwischen dessen Innenumfangsfläche 17 und dem dortigen Ende 8' des Biegeträgers 8 vier unter 90° über den Umfang versetzte hydraulische Kolbenzylindereinheiten 18 angeord­ net sind, die über in dem Ende 8' des Biegeträgers 8 an­ geordnete Zuleitungen 19 mit Druckflüssigkeit versorgt werden. Die Zuleitungen 19 führen zu einem nicht darge­ stellten Drehanschluß, der an dem Biegeträger 8 angebracht ist und die Flüssigkeit von einer stillstehenden äußeren Druckflüssigkeitsquelle in den drehenden Biegeträger 8 überführt.

Je nach dem, wie die vier Kolbenzylindereinheiten 18 in gegenseitiger Abhängigkeit betätigt werden, entsteht eine resultierende radiale Kraft, die zu einem Biegemoment auf dem Walzenkörper 10 in der durch die Kraftrichtung und die Achse A bestimmten Ebene führt.

Das Ziel ist, diese Kraft und damit auch die Biegung des Walzenkörpers 10 in der Wirkebene W zu halten, damit sich eventuelle Verlagerungen des Umfangs 2 des mittleren Teils 1 des Walzenkörpers 10, d. h. Rundlauffehler desselben, sich im Walzspalt 21 zu der in Fig. 1 nur angedeuteten Gegenwalze 22 nicht als periodische Verengungen und Erwei­ terungen bemerkbar machen. Die Wirkebene W ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Verbindungsebene der Achse A des Walzenköpers 10 und der Achse der Gegenwalze 22.

Hierzu dient eine Steuerung 40, die die hydraulischen Drücke für die vier Kolbenzylindereinheiten 18 vorgibt und über Leitungen 23 an die Zuleitungen 19 im Ende des Biege­ trägers 8 angeschlossen ist. Ferner ist an die Steuerung 40 ein z. B. induktiver oder kapazitiver Drehstellungssen­ sor 24 über eine Leitung 25 angeschlossen, der einem ent­ sprechenden Gegenstück 26 auf dem Außenumfang des Ringes 16 gegenübersteht und bei jedem Vorbeikommen des Gegen­ stücks 26 ein Signal 29 abgibt, wie es in Fig. 3 darge­ stellt ist.

Außerdem ist ein über eine Leitung 27 mit der Steuerung 40 verbundener Rundlaufsensor 28 etwa in der Mitte des Wal­ zenkörpers 10 vorgesehen, der ein Signal abgibt, welches charakteristisch für die augenblickliche Lage der Umfangs­ fläche 2 gegenüber einem festen Punkt ist. In dem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Rundlaufsensor als dem Walzspalt 21 gegenüberliegender Abstandssensor ausgebildet, der fest angeordnet ist und ein für den Abstand seiner Stirnseite zu der Umfangsfläche 2 repräsentatives Signal abgibt. Dieses Signal ist auch für die Lage der Umfangsfläche 2 im Walzspalt 21 maßgeblich, weil der Fehler in der Zylindri­ zität des Walzenkörpers 10 wesentlich niedriger ist als die durch Verbiegungen über die Länge des Walzenkörpers 10 zustande kommenden Lageabweichungen. Was der Rundlaufsen­ sor 28 als Abstandssensor also mißt, hat auch Gültigkeit im Walzspalt 21.

Der Rundlaufsensor 28 muß aber nicht notwendig ein Ab­ standssensor sein. Wenn zum Beispiel die Walze 100 nicht mit einer Gegenwalze 22, sondern mit einer oberhalb des Walzenkörpers 10 angeordneten in Fig. 1 gestrichelt ange­ deuteten Sonotrode 34 zum Ultraschall-Verfestigen von thermoplastischen Vliesen zusammenwirkt, kann der Rund­ laufsensor 28 auch ein mit der Sonotrode 34 verbundenes Kraftmeßglied sein. Die Sonotrode 34 wird im Betrieb, d. h. während des Verfestigungsvorganges, mit einer gewissen Kraft gegen das durch den Spalt zwischen der Sonotrode 34 und die die abstützende Gegenwalze bildenden Walze 100 geleitet Vlies gedrückt, um die Einleitung der Ultraschal­ lenergie in das Vliesmaterial zu fördern. Der Verlauf der Kraft über den Umfang stimmt mit dem Verlauf des Abstandes der Umfangsfläche 2 von einem festen Punkt überein. Nähert sich die Umfangsfläche 2 der feststehenden Sonotrode 34, so wird der Spalt enger und das Vlies stärker zusammenge­ drückt, was einer entsprechend erhöhten Kraft im Arbeits­ spalt entspricht, die durch den dann als Kraftmeßglied ausgebildeten Rundlaufsensor erfaßt wird.

In dem Diagramm der Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Signale der beiden Sensoren 24, 28 wiedergegeben. Die Kurve S₂₄ des Sensors 24 verläuft im wesentlichen horizontal und hat lediglich einzelne Peaks 29 an den Stellen, an denen das Gegenstück 26 bei der Drehung an dem feststehend ange­ ordneten Sensor 24 vorbeikommt. Die Kurve S₂₄ gibt also die jeweilige Drehstellung der Walze 100 wieder.

Die Kurve S₂₈ stellt das Signal des Sensors 28 dar, welches mit der gleichen Frequenz periodisch ist wie das Signal S₂₄. Die Schwingungsdauer von S₂₄ und S₂₈ ist mit t' be­ zeichnet. Allerdings sind die Scheitel 31 um die Zeit t_x gegenüber den Peaks 29 der Kurve S₂₄ versetzt, d. h. die maximale Auslenkung liegt, in Umfangsrichtung gesehen, an einer anderen Stelle als das Gegenstück 26. t_x ist also ein Maß für die Lage des Rundlauffehlers in Umfangsrichtung. Die Höhe 32 der Scheitel 31 über einer gedachten, dem Idealzustand entsprechenden Zylinderfläche 33 entspricht der Stärke des Rundlauffehlers. Aus diesen Größen berech­ net die Steuerung 40 die zeitliche Abfolge und den Betrag der den Kolbenzylindereinheiten 18 zuzuführenden Drücke derart, daß die Schwankungen der Spaltbreite im Walzspalt 21 bzw. der entsprechenden Spaltbreite an der Sonotrode 34 bei einer Ultraschall-Verfestigungseinheit ein Minimum wird.

Claims (14)

1. Verfahren zur Verminderung des Rundlauffehlers einer umlaufenden Walze (100), bei welchem dem Rundlauffehler mittels einer ihm entgegengesetzten Biegung der Walze (100) in einer durch ihre Achse (A) gehenden Ebene entge­ gengewirkt wird.

2. Walze (100) mit einem einen zylindrischen arbeitenden Außenumfang (2) aufweisenden Walzenkörper (10), der eine der Länge nach durchgehende, den Innenumfang (7) des Wal­ zenkörpers (10) bildende Bohrung (6) aufweist, in welchem ein rundum Abstand zum Innenumfang (7) des Walzenkörpers (10) belassender, im wesentlichen gleich langer, mit dem Walzenkörper (10) drehfest verbundener Biegeträger (8) angeordnet ist, der über einen in der Mitte - axial gese­ hen - des Walzenkörpers (10) und des Biegeträgers (8) gelegenen schmalen radialen Bund (11) an den Innenumfang (7) des Walzenkörpers (10) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Walzenkörpers (10) und des Biegeträgers (8) eine Einrichtung zur Ausübung einer ge­ richteten radialen Kraft (15) zwischen dem Walzenkörper (10) und dem Biegeträger (8) und an dem anderen Ende des Walzenkörpers (10) und des Biegeträgers (8) eine ebensol­ che Einrichtung oder ein weiterer schmaler radialer Bund (13) vorgesehen sind.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ihre Kraft in einer gegenüber dem Walzen­ körper (10) in Umfangsrichtung festen Richtung ausübt.

4. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) ihre Kraft in einer gegenüber dem Maschinenständer (4) festen Wirkebene (W) ausübt.

5. Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung ihre Kraft rein mecha­ nisch über formschlüssig aneinander anliegende Elemente ausübt.

6. Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (30) mindestens drei über den Umfang verteilte, in gegenseitiger Abhängigkeit betätigbare radial wirkende Linearantriebe aufweist.

7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe (18) hydraulisch betätigt sind.

8. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe elektrisch betätigt sind.

9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe piezoelektrisch betätigt sind.

10. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe magnetostriktiv betätigt sind.

11. Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einbringung der Betätigungsenergie in die Walze (100) an deren die Einrichtung (30) tragendem Ende ein Drehanschluß vorgesehen ist.

12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehanschluß auf dem Ende (8') des Biegeträgers (8) angeordnet und mit in oder an dem Biegeträger (8) vorgese­ henen Zuleitungen (19) mit der Einrichtung (30) verbunden ist.

13. Walze nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Walzenkörpers (10) ein das Ende (8') des Biegeträgers (8) mit radialem Abstand umge­ bender Ring (16) angeordnet ist und die Linearantriebe (18) in dem Abstandsraum untergebracht sind.

14. Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Aufnehmer (28) für den Rundlauffeh­ ler und ein Aufnehmer (24) für die Drehstellung des Wal­ zenkörpers (10) vorgesehen sind, die an eine Steuerung (40) angeschlossen sind, die in Abhängigkeit von den Signalen der Aufnehmer (28, 24) die von der Einrichtung (30) ausgeübte radiale Kraft steuert.