DE19820089A1 - Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander und ein Kalander hierzu - Google Patents
Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander und ein Kalander hierzuInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander, bei dem zwischen einer oberen biegungssteuerbaren Walze und einer unteren biegungssteuerbaren Walze mehrere Zwischenwalzen angeordnet sind, dieses Walzenpaket Nips bildet mit einem oberen und einem unteren Nip, die die Warenbahn durchläuft, und Streckenlasten in diesen Nips bestimmt, deren Streckenlastprofil durch Einleiten von Verformungskräften an Walzenzapfen der Zwischenwalzen veränderbar ist. Für eine Anpassung der Streckenlasten in den Nips an eine zu kalandrierende Warenbahn ist vorgesehen, daß die an den Walzenzapfen der Zwischenwalzen einleitbaren Verformungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischenwalzen zur Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen gleiche Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß einer bestimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz zwischen dem oberen und unteren Nip eingestellt wird, und die biegungssteuerbaren Walzen an diese Biegung angepaßt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn
mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1 und ein Kalander hierzu.
Vertikale Mehrwalzen-Kalander umfassen einen Walzensatz aus mehreren
übereinander gelagerten Walzen, die im Betriebszustand in ständiger
Wechselwirkung stehen, und durch deren Walzenspalte, Nips genannt, eine
zu kalandrierende Warenbahn läuft.
Wie aus dem Wochenblatt für Papierfabrikation 121, 1993, S. 29 bis 33
bekannt, bewirkt das Kalandrieren eine mechanische oder mechanisch-ther
mische Umformung der Warenbahn. Zur Optimierung dieser Umformung, insbe
sondere einer Papierbahn, werden unterschiedliche Walzentypen in einem
Walzenpaket kombiniert. In oberster und unterster Position werden vor
zugsweise Biegeeinstellwalzen verwendet, und die zwischen ihnen angeord
neten Zwischenwalzen sind als harte Walzen und elastische Walzen ausge
bildet. Als harte Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten
und harten Walze, die im wesentlichen für die Glätte und den Glanz ver
antwortlich sind. Als weiche Walzen bezeichnet man Walzen mit einer ela
stischen oder weichen Oberfläche, die im wesentlichen für eine gleich
mäßige Verdichtung sorgen.
Durch das Eigengewicht der Walzen und der mit ihnen verbundenen Leitmit
tel, wie Leitwalzen, Walzenzapfen und Lagergehäuse, steigt die Druck
spannung in den Nips von oben nach unten an. Die höchste Streckenlast
herrscht im untersten Nip. Diese einem Walzenpaket fest zugeordnete
Streckenlastzunahme ergibt die charakteristische, annähernd linear ver
laufende natürliche Streckenlastkennlinie.
Ein Problem besteht allerdings darin, daß wegen der geringen Strecken
last in den oberen Spalten dort nur ein geringer Anteil der Umformung
erbracht wird. Eine Belastung des Walzenpakets vom oberen Ende her ver
größert zwar den nutzbaren Streckenlastbereich, ohne jedoch Einfluß zu
nehmen auf die Streckenlastzunahme im Walzenpaket, d. h. die Steigung
der natürlichen Kennlinie bleibt unverändert. Da die im untersten Nip
herrschende Streckenlast nicht beliebig groß gewählt werden kann, ist
bei breiten Kalandern mit hohen Eigengewichten der Walzen und flacher
Streckenlastkennlinie der nutzbare Streckenlastbereich stark einge
schränkt.
Wie aus US-A-3,060,843 bekannt ist, kann durch eine Kompensation der
überhängenden Gewichte, bei der die Eigengewichte der Leitmittel elimi
niert werden, so daß sich praktisch gerade, biegungsfreie Zwischenwalzen
und entsprechend gerade, horizontal verlaufende Nips ergeben, eine stei
lere Streckenlast-Kennlinie erhalten werden. Bei gleicher Streckenlast
im untersten Nip ist dann die Streckenlast im oberen Teil des Kalanders
erhöht.
Zum Kleinhalten der wirksamen Walzengewichte ist ferner aus DE 295 21 610
U1 bekannt, die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen zu nei
gen. Hierdurch geht jeweils nur die vertikale Komponente des Gewichts in
die Erhöhung der Streckenlast ein. Die Streckenlastzunahme ist folglich
verringert, aber dem Walzensatz fest zugeordnet.
Andere Vorschläge zielen darauf ab, das Eigengewicht der Walzen zu ver
ringern. Dazu werden Walzen mit einem kleinstmöglichen Durchmesser oder
in einer Leichtbaukonstruktion verwendet. Eine Kalanderwalze mit einem
dünnen Mantel und einer inneren stützenden Zellenstruktur ist in
DE-A-195 11 595 offenbart. Ein ähnliches Konzept liegt der Walze gemäß
DE-A-195 33 823 zugrunde. Eine auf diese Weise verringerte Streckenlastzu
nahme ist aber wiederum dem Walzensatz fest zugeordnet. Eine Strecken
lastvorgabe ist nur entweder in einem oberen oder in einem unteren Nip
möglich. Die jeweils andere Streckenlast ergibt sich aus dem Eigenge
wicht.
Aus der WO 95/14813 ist schließlich ein vertikaler Mehrwalzen-Kalander
mit einer biegesteuerbaren Ober- und Unterwalze und Zwischenwalzen be
kannt, bei dem die Zwischenwalzen so ausgewählt sind, daß sie alle eine
im wesentlichen gleiche natürliche Eigendurchbiegung besitzen. Durch ein
völliges Anheben bzw. Kompensieren der Gewichte der Zwischenwalzen samt
Leitmittel wird erreicht, daß diese Gewichte keinen Einfluß haben auf
die Streckenlast in den Nips. Dadurch herrschen gleiche Streckenlasten
im untersten Nip und obersten Nip, wobei die gleichen Eigendurchbiegun
gen der Zwischenwalzen im wesentlichen ebene Streckenlastprofile sicher
stellen. Über eine wählbare Belastung der Ober- oder Unterwalze können
dann die Streckenlasten in den Nips eingestellt werden. Nachteilig hier
bei ist, daß nur Zwischenwalzen mit gleicher Eigendurchbiegung einsetz
bar sind. Außerdem ist ein gewisser Unterschied in der Streckenlast von
einem Nip zum anderen Nip wünschenswert, um eine Bahnspannung zwischen
zwei Walzenspalten aufzubauen, die für einen faltenfreien Lauf der Wa
renbahn nötig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Kalandrieren einer
Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander zu schaffen, das eine
Anpassung der Streckenlasten in den Nips an eine zu kalandrierende Wa
renbahn erlaubt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Kalander
hierfür zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst.
Hierdurch wird ein Verfahren geschaffen, das die konstruktiv bedingte
natürliche oder kompensierte Streckenlast-Kennlinie eines Kalanders ve
rändert, um einen Mehrwalzen-Kalander optimal auf eine Warenbahn, ins
besondere eine Papiersorte, einstellen zu können. Abweichend von der
natürlichen oder kompensierten Kennlinie werden in Abhängigkeit von der
zu kalandrierenden Warenbahn flachere oder steilere Kennlinien einge
stellt, wobei auch die Einstellung einer negativen Steigung, d. h. im
obersten Nip herrscht eine höhere Streckenlast als im untersten Nip,
möglich ist.
Um sicherzustellen, daß eine Gleichmäßigkeit der Streckenlastverteilun
gen zwischen den Zwischenwalzen vorliegt, müssen alle Zwischenwalzen ei
ne im wesentlichen gleiche Durchbiegung erfahren, d. h. gleiche Biegeli
nien aufweisen.
Durch eine gezielte Biegung der Zwischenwalzen, die zu einer Entlastung
oder Belastung der Eigengewichte der Walzen führt, kann der Gradient der
Streckenlast-Kennlinie und damit die Streckenlastdifferenz zwischen obe
rem und unterem Nip frei eingestellt werden. Das Kalandrierpotential ei
nes solchen Kalanders ist folglich nicht durch die Konstruktion fest
vorgegeben, sondern kann während des Betriebes auf die jeweilige Waren
bahn eingestellt werden. Darüberhinaus kann die Nipzahl unter die im Su
perkalander reduziert werden und dabei gute Glätteeffekte auch bei hohen
Geschwindigkeiten realisiert werden.
Die variable Einstellung der Streckenlast-Kennlinie ist weiterhin auch
bei der Verwendung von Walzen mit unterschiedlichen Walzendurchmessern
in einem Walzensatz möglich. Bekanntlich ergeben kleinere Walzendurch
messer eine kleinere Spaltbreite mit der Folge einer höheren Druckspan
nung. Da die Druckspannung und nicht die Streckenlast die mechanische
Größe ist, die im wesentlichen für die Umformung verantwortlich ist,
kann über den Walzendurchmesser Einfluß genommen werden auf die Bela
stung. Die wegen der kleineren Walzendurchmesser vorgegebene steile
Streckenlast-Kennlinie kann durch das erfindungsgemäße Verfahren verän
dert werden, ohne den Vorteil einer kleineren Spaltbreite zu verlieren.
Weiterhin ist es nicht erforderlich die Zwischenwalzen konstruktiv so
auszubilden, daß ihre Durchbiegungen aus Eigengewicht und ihre Biege
steifigkeiten untereinander gleich groß sind.
Besteht ein Walzensatz aus Zwischenwalzen unterschiedlicher Biegestei
figkeit, so kann die Höhe der Verformungskraft in Abhängigkeit von der
jeweiligen Biegesteifigkeit gewählt werden. Dies führt zwar zu unter
schiedlichen Streckenlastdifferenzen von Zwischenwalze zu Zwischenwal
ze bzw. von Nip zu Nip, stellt jedoch gleiche Durchbiegungen sicher.
Zur Einstellung einer gewünschten Streckenlast-Kennlinie können Strec
kenlasten, die beim Kalandrieren im oberen und im unteren Nip herrschen
sollen, unabhängig voneinander vorgegeben werden. Zugehörige mittlere
Streckenlasten können über Be- oder Entlastungsdrücke der Zwischenwalzen
bestimmt werden. Ausgangspunkt dafür sind vorzugsweise die von den
überhängenden Gewichten sowie von den Umlenk- und Breitstreckwalzen
vollständig entlasteten Zwischenwalzen, so daß alle Walzen gerade Nips
bilden. Man spricht insoweit von einem kompensierten Walzenstapel mit
einer kompensierten Streckenlast-Kennlinie. Diese kompensierte Strecken
last-Kennlinie dient vorzugsweise als Referenzkennlinie.
Ausgehend von dieser Referenzkennlinie können die Zwischenwalzen so be
lastet oder entlastet werden, daß sich in der Summe über alle Zwischen
walzen die gewünschte Streckenlastdifferenz zwischen oberem und unterem
Nip ergibt und die damit gewünschte geänderte Kennlinie entsteht.
Für eine Berechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte kann die
Balkenbiegung der Zwischenwalzen herangezogen werden. Für eine verfei
nerte Abstimmung können die Schubverformungen, eine Schalenbiegung und/
oder eine Schalenschubverformung in eine Berechnung der Sollwerte ein
bezogen werden.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprü
che und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildun
gen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht eines vertikalen Mehr
walzen-Kalanders zum Kalandrieren,
Fig. 2a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig.
1 mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstel
lung einer steileren Kennlinie gemäß einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 2b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch Wal
zenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß Fig.
2a,
Fig. 3a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig.
1 mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstel
lung einer vertikalen Kennlinie gemäß einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 3b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch
Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß
Fig. 3a,
Fig. 4a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. 1
mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstel
lung einer Kennlinie mit einer negativen Steigung gemäß
einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch
Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß
Fig. 4a,
Fig. 5a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig.
1 mit einer Biegung für einen Belastungsdruck zur Einstel
lung einer flacheren Kennlinie gemäß einem vierten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 5b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch
Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß
Fig. 5a,
Fig. 6 zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig.
1 mit sechs Zwischenwalzen und einer durch Walzenbiegungen
variierten Streckenlasten-Kennlinie.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Mehrwalzen-Kalander mit einem Gestell 1,
in dem ein Walzenstapel aus einer oberen biegungssteuerbaren Walze 2,
einer unteren biegungssteuerbaren Walze 3 und drei Zwischenwalzen 4, 5,
6 abgestützt angeordnet sind. Die Zwischenwalzen 4, 5, 6 können als har
te oder elastische Walzen ausgebildet sein und unterschiedliche Walzen
durchmesser aufweisen. Die Walzen sind in dem Walzenstapel übereinander
angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Walzen jeweils einen Nip, den Wal
zenarbeitsspalt, begrenzen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kalander
liegt ein erster Nip, oberer Nip N0 genannt, zwischen der oberen bie
gungssteuerbaren Walze 2 und der ersten Zwischenwalze 4. Ein Nip N2
liegt zwischen der ersten Zwischenwalze 4 und der zweiten Zwischenwalze
5. Ein Nip N3 liegt zwischen der zweiten Zwischenwalze 5 und der dritten
Zwischenwalze 6. Ein letzter Nip, unterer Nip Nu genannt, liegt zwischen
der dritten Zwischenwalze 6 und der unteren beigesteuerbaren Walze 3.
In den Nips N0, N2, N3, Nu herrschen Druckspannungen, die bestimmt wer
den von den Eigengewichten der Walzen 2, 4, 5, 6 und dem zugehörigen
Leitmittel als auch von an einem Ende des Walzenstapels aufbringbaren
Belastungen. Die in einem Nip wirkende Kraft pro Längeneinheit der Walze
wird als Streckenlast bezeichnet. Im oberen Nip N0 herrscht demnach eine
Streckenlast q0, im Nip N2 herrscht eine Streckenlast q2, im Nip N3
herrscht die Streckenlast q3 und im unteren Nip herrscht die Strecken
last qu. Die Streckenlast, gemessen in N/mm, für eine Nip-Anzahl ergibt
eine Streckenlast-Kennlinie.
Die Nips N0, N2, N3, Nu werden von einer zu bearbeitenden Warenbahn,
insbesondere einer Papierbahn, von oben nach unten durchlaufen.
Die Zwischenwalzen 4, 5, 6 besitzen Walzenzapfen 7, 8, 9 für eine beid
seitige gelenkige Anordnung. Dazu sind die Walzenzapfen 7, 8, 9 an He
beln 10, 11, 12 befestigt, auf die jeweils ein Druckzylinder 13, 14, 15
wirkt, um Verformungskräfte auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 und damit die
Zwischenwalzen 4, 5, 6 einzuleiten. Eine Biegelinie B der Zwischenwalzen
4, 5, 6 (vgl. Fig. 2a) kann hierdurch eingestellt werden, wobei die
Krümmung der Biegelinie B über die Höhe der eingeleiteten Verformungs
kräfte gesteuert werden kann. Die Druckzylinder 13, 14, 15 sind vorzugs
weise Hydraulikzylinder. Die Druckzylinder 13, 14, 15 sind getrennt
steuerbar, um jede Zwischenwalze 4, 5, 6 individuell mit einer wählbaren
Verformungskraft beaufschlagen zu können. Vorzugsweise sind die Druckzy
linder 13, 14, 15 zweiseitig wirkend ausgeführt, um Belastungs- und Ent
lastungsdrücke an den Zwischenwalzen 4, 5, 6 einleiten zu können.
Bei einem Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem solchen
Mehrwalzenkalander kann eine variable Kennlinie der Druckspannungen in
den aufeinanderfolgenden Nips N0, N2, N3, Nu erzielt werden, indem die
an den Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6 einleitbaren Ver
formungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischenwalzen 4, 5, 6 zur
Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen gleiche
Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß einer be
stimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz zwi
schen dem oberen und unteren Nip N0 und Nu eingestellt wird und die
biegungssteuerbaren Walzen 2, 3 an diese Biegung angepaßt werden.
Für eine solche Bestimmung der Veränderung der walzenbedingten Strecken
lastdifferenz werden lediglich die Steifigkeiten und die Eigengewichte
der Zwischenwalzen 4, 5, 6 berücksichtigt. Es ist dagegen weder erfor
derlich, diese Zwischenwalzen 4, 5, 6 konstruktiv so auszubilden, daß
ihre Durchbiegungen aus Eigengewicht untereinander gleich sind noch daß
ihre Biegesteifigkeiten untereinander gleich sind.
Bei der Verwendung unterschiedlicher Zwischenwalzen 4, 5, 6, insbesonde
re harter und elastischer Zwischenwalzen, kann vielmehr für eine jede
Zwischenwalze 4, 5, 6 die Höhe der zur Einstellung eines bestimmten Bie
gungsgrades erforderlichen Verformungskräfte in Abhängigkeit von der je
weiligen Biegesteifigkeit der jeweiligen Zwischenwalze 4, 5, 6 gewählt
werden.
Zum Kalandrieren einer Warenbahn wird hier ausgegangen von einer kompen
sierten Streckenlast-Kennlinie KK (vgl. Fig. 2b), bei der überhängende
Gewichte kompensiert sind, so daß ebene Streckenlastprofile in den Nips
N0, N2, N3, Nu vorliegen. Die hierzu eingeleiteten Kompensationskräfte
werden über die Druckzylinder 13, 14, 15 eingeleitet. Aus den Eigenge
wichten der Zwischenwalzen 4, 5, 6 folgt dann eine Streckenlastendiffe
renz ΔqE.
Zur Einstellung einer gewünschten Streckenlast-Kennlinie KB durch Wal
zenbiegung (vgl. Fig. 2b) werden die Streckenlasten im oberen Nip q0 und
im unteren Nip qu unabhängig voneinander vorgegeben. Ausgehend von einer
kompensierten Streckenlast-Kennlinie KK mit einer oberen Streckenlast q0
wird eine gewünschte untere Streckenlast qu festgelegt. Unterscheidet
sich diese von der eigengewichtbedingten, wird die Streckenlast-Kennli
nie KB steiler oder flacher als die kompensierte Streckenlast-Kennlinie
KK, da eine Streckenlastdifferenz ΔqB abgezogen oder addiert werden
muß, die aus einer Gesamtstreckenlast aus der Verbiegung aller Zwi
schenwalzen 4, 5, 6 resultiert. Die untere Streckenlast qu kann kleiner
gewählt werden als q0. Die Gesamtstreckenlastveränderung aus der Verbie
gung wird aufgeteilt in Abweichungen für die mittleren Streckenlasten,
hier q2 und q3, was erreicht wird durch eine gezielte Walzenbiegung der
Zwischenwalzen 4, 5, 6, wodurch Streckenlastenzusätze (positiv oder
negativ) qB erzeugt werden.
Für eine kompensierte Streckenlast-Kennlinie KK gilt demnach
qu = q0 + ΔqE
während für die variable Streckenlast-Kennlinie KB gilt
ΔqB = q0 + ΔqE-qu.
Die Aufteilung dieser Streckenlastdifferenz ΔqB durch Walzenbiegung auf
die einzelnen Zwischenwalzen 4, 5, 6 geschieht unter Einbeziehung der
Biegesteifigkeit der Zwischenwalzen 4, 5, 6, vorzugsweise nach der Theo
rie der Balkenbiegung. Anstelle einer arithmetisch gleichen Aufteilung
der Streckenlastdifferenz ΔqB auf die Anzahl Zwischenwalzen 4, 5, 6 wird
hierdurch eine Walzenart abhängige Aufteilung vorgenommen.
Gemäß einem ersten in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbei
spiel sind die erste Zwischenwalze 4 und die dritte Zwischenwalze 6 bau
gleich und als eine harte, beheizbare Walze ausgeführt. Die zweite Zwi
schenwalze 5 ist dagegen als eine elastische Walze ausgebildet.
Eine vorgegebene Gesamt-Streckenlastdifferenz ΔqB aus Walzenbiegung
wird dann aufgeteilt auf die Zwischenwalzen 4, 5, 6 gemäß
ΔqB = 2 qhB + 1 qeB,
wobei qhB der gesuchte Streckenlastzusatz auf die harten Zwischenwalzen
4, 6 aus Walzenbiegung und qeB der gesuchte Streckenlastzusatz auf die
elastische Zwischenwalze 5 aus Walzenbiegung ist. Diese beiden Strecken
lastzusätze verbiegen die Zwischenwalzen 4, 5, 6, wobei die hierfür er
forderlichen Verformungskräfte von den Druckzylindern 13, 14, 15 aufge
bracht und in die Lager der Zwischenwalzen 4, 5, 6 als zusätzliche ein
geleitete Kräfte eingeleitet und im Gleichgewicht gehalten werden.
Damit die Gleichmäßigkeit der Nipkräfte gewährleistet ist, werden die
Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 aneinander angepaßt. Das heißt,
die Zwischenwalzen 4, 5, 6 werden derart verformt, daß die von ihnen be
grenzten Nips im wesentlichen gleich gekrümmt sind und folglich zueinan
der parallel verlaufen.
Als Kriterium für eine solche Anpassung der Biegelinien der Zwischenwal
zen 4, 5, 6 kann die Gleichheit der Biegepfeile f der Zwischenwalzen
verwendet werden. Daraus ergibt sich die Forderung
fh = fe,
wobei fh der Biegepfeil der harten Zwischenwalzen 4, 6 und fe der Biege
pfeil der elastischen Zwischenwalze 5 ist. Für die Durchbiegung einer
beidseitig gelenkig gelagerten harten Zwischenwalze 4, 6 und einer ela
stischen Zwischenwalze 5 unter Eigengewicht gilt nach der Balkentheorie
Durch Gleichsetzen der Formeln für die beiden Biegepfeile erhält man:
wobei Ee, Eh die Elastizitätsmodule und Je, Jh die Flächenträgheitsmo
mente der betreffenden der jeweiligen Zwischenwalzen angeben. Aus den
vorstehenden Formeln lassen sich dann die gesuchten Streckenlastzusätze
qhB und qeB bestimmen und entsprechende Sollwerte für die Ansteuerung
der Zylinder 22 berechnen. Die Elastizitätsmodule sind jeweils bekannt
oder lassen sich experimentell bestimmen, und das Flächenträgheitsmoment
ist durch die Geometrie der Querschnitte der Zwischenwalzen 4, 5, 6 vor
gegeben.
Für die gesuchten Streckenlastenzusätze gilt
Die zu den berechneten Streckenlastzusätzen für die Walzenbiegungen ge
hörenden zusätzlichen Zapfenkräfte Fh für die harten Zwischenwalzen 4, 6
ergeben sich wie folgt:
die zusätzlichen Zapfenkräfte Fe für die elastische Zwischenwalze 5 er
geben sich aus
Bei Realisierung einer gegenüber der kompensierten Streckenlast-Kennli
nie KK steileren Kennlinie KB ergibt sich eine Krümmung der Zwischenwal
zen 4, 5, 6 nach unten, d. h. Entlastungsdrücke wirken auf die Walzenzapfen
7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6, wie dies in Fig. 2a durch die von
unten wirkenden Kraftpfeile Fh und Fe verdeutlicht wird.
Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
sind beispielhaft Streckenlastenzusätze qhB und qeB durch Biegungen
zweier baugleicher harter Zwischenwalzen 4, 6 und einer elastischen Zwi
schenwalze 5 angegeben. Fig. 2b zeigt die Streckenlastzusätze qhB und
qeB in bezug auf die Streckenlast und Fig. 2a verdeutlicht dazu den Grad
der Krümmung der Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6. Die Strec
kenlastzusätze qhB und qeB sind hier betragsmäßig negativ in bezug auf
die kompensierte Streckenlast-Kennlinie KK und führen folglich zu einer
steileren variablen Streckenlast-Kennlinie KB. Im oberen Nip N0 herrscht
eine Streckenlast q0, die über die obere biegesteuerbare Walze 2 ein
stellbar ist. Die Höhe der Streckenlast q0 im oberen Nip und die Höhe
der Streckenlast qu im unteren Nip, bedingt durch die Eigengewichte der
Walzen 2, 4, 5, 6 und die Streckenlastzusätze der Zwischenwalze 4, 5, 6,
sind betragsmäßig durch Kraftpfeile dargestellt.
Das in Fig. 3a und 3b dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unter
scheidet sich von dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbei
spiel lediglich dadurch, daß ΔqB betragsmäßig ΔqE entspricht. Das
Ergebnis ist dann eine vertikale variable Kennlinie KB. Da hier höhere
Verformungskräfte als Zapfenkräfte eingeleitet werden, d. h. stärkere
Entlastungsdrücke an den Zwischenwalzen 4, 5, 6 liegen, ergibt sich ein
stärkerer Krümmungsgrad für Zwischenwalzen 4, 5, 6. Im übrigen gelten
die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel entsprechend.
Das in Fig. 4a und 4b dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unter
scheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen le
diglich dadurch, daß ΔqB betragsmäßig größer ist als ΔqE. Das Ergebnis
ist dann eine variable Kennlinie KB mit einer negativen Steigung, da qu
kleiner ist als q0, wie auch die Darstellung der Kraftpfeile für qu und
q0 verdeutlichen. Da hier noch höhere Verformungskräfte als Zapfenkräfte
eingeleit werden, d. h. noch stärkere Entlastungsdrücke an den Zwischen
walzen 4, 5, 6 liegen, ergibt sich ein nochmals stärkerer Krümmungsgrad
für Zwischenwalzen 4, 5, 6. Im übrigen gelten die Ausführungen zum er
sten und zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend.
Das in Fig. 5a und 5b dargestellte vierte Ausführungsbeispiel zeigt eine
gegenüber der kompensierten Kennlinie KK flachere Kennlinie KB durch
Walzenbiegungen, was eine Krümmung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 nach unten
erfordert. Dies verdeutlichen auch die Kraftpfeile Fh und Feb die von
oben auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6 wirken und
folglich Belastungsdrücke einleiten. ΔqB subtrahiert sich hier nicht von
ΔqE sondern addiert sich, wie Fig. 5b zeigt. Die Biegelinien B der
Zwischenwalzen 4, 5, 6 sind konvex geformt im Gegensatz zu einer kon
kaven Form der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im übrigen
gelten die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen entsprechend.
Fig. 6 zeigt schließlich ein konkretes Zahlenbeispiel für eine flachere
Kennlinie KB durch Walzenbiegung gegenüber einer kompensierten Kennlinie
KK. Hierzu umfaßt ein Kalander neben der oberen biegesteuerbaren Walze 2
und der unteren biegesteuerbaren Walze 3 insgesamt sechs Zwischenwalzen
30, 31, 32, 33, 34, 35, von denen die Zwischenwalzen 30, 32 und 35 Wal
zen aus Hartguß sind, die eine Streckenlast qE von jeweils 8,1 N/mm be
wirken. Die Zwischenwalzen 31, 33 und 34 sind elastische Walzen aus Alu
minium, die eine Streckenlast qE von jeweils 4,6 N/mm bewirken.
Für die kompensierte Kennlinie KK wird eine obere Streckenlast q0 von
Null angenommen, daraus folgt für eine untere Streckenlast qu hier
38,1N/mm. Wird jedoch eine untere Streckenlast qu von 100 N/mm ge
wünscht, ist die Einleitung von Belastungsdrücken an den Walzenzapfen
der Zwischenwalzen erforderlich, wodurch die Zwischenwalzen eine konvexe
Biegelinie erhalten. Die Zwischenwalzen 30 bis 35 sind insgesamt um 61,9
N/mm zusätzlich zu belasten
qb = 100-38,1 N/mm
qB = 61,9 N/mm.
qB = 61,9 N/mm.
Berücksichtigt man die zugehörigen Elastizitätsmodule und Biegeträg
heitsmomente der hier beispielhaft gewählten Zwischenwalzen 30 bis 35,
so folgt
Anstelle des arithmetischen Mittelwerts 100 N/mm / 6 Nips = 16,66 N/mm
ergeben sich additive Streckenlasten aus qeE und qeB von 4,6 N/mm und
10,7 N/mm, also 15,3 N/mm sowie aus qhE und qhB von 8,1 N/mm und 9,9
N/mm, also 18 N/mm.
Die hydraulischen Drücke der beiden Biegeeinstellwalzen 2, 3 werden bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen so eingestellt, daß sich die
Biegelinien der Biegeeinstellwalzen an die vorgegebenen Biegelinien B
der Zwischenwalzen 4, 5, 6 anschmiegen.
Mittels einer Steuereinheit können die Drücke in den Druckzylindern 13,
14, 15 zur Anpassung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 und die Drücke in hy
draulischen Elementen der Biegeeinstellwalzen 2, 3 synchron miteinander
verstellt werden, so daß eine Homogenität der Streckenlastverteilungen
in allen Nips auch während einer Druckverstellung für eine neue Waren
bahn erhalten bleibt. Auf diese Weise werden insbesondere die elasti
schen Bezüge auch bei Veränderung während eines Betriebes des Kalanders
vor Zerstörung geschützt.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde als Referenzlinie die
kompensierte Kennlinie KK (überhängende Gewichte kompensiert) gewählt,
bei der ebene Streckenlastprofile vorliegen. Alternativ kann auch die
natürliche Kennlinie ohne Kompensation als Referenzlinie dienen. Die Be
rechnung der Sollwerte ist dann entsprechend anzupassen.
Bei der vorstehend beschriebenen Berechnung der Sollwerte für Strecken
lastzusätze qB sind sonstige Verformungen vernachlässigt worden. Für ei
ne Feineinstellung können neben den Biegeverformungen auch Schubverfor
mungen der Zwischenwalzen mit in die Berechnung einbezogen werden. Dar
überhinaus ist es möglich, auch evtl. vorhandene Rohrovalisierungen der
Zwischenwalzen mit in der Rechnung zu berücksichtigen.
Alternativ kann für eine Berechnung der Streckenlastenzusätze qB durch
Walzenbiegung für eine Anpassung der Biegelinien B der Zwischenwalzen 4,
5, 6 als ein anderes Kriterium für die Gleichmäßigkeit der Nipkräfte
zwischen den Zwischenwalzen 4, 5, 6 die Minimierung der Fehlerquadrat
summe, gebildet aus den Abweichungen benachbarter Biegelinien B, an
einer vorgegebenen Anzahl diskreter Stützstellen, verwendet werden.
Claims (11)
1. Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertika
len Mehrwalzen-Kalander, bei dem zwischen einer oberen biegungssteuerba
ren Walze und einer unteren biegungssteuerbaren Walze mehrere Zwischen
walzen angeordnet sind, dieses Walzenpaket Nips bildet mit einem oberen
und einem unteren Nip, die die Warenbahn durchläuft, und Streckenlasten
in diesen Nips bestimmt, deren Streckenlastprofil durch Einleiten von
Verformungskräften an Walzenzapfen der Zwischenwalzen veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die an den Walzenzapfen der Zwischenwalzen
einleitbaren Verformungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischen
walzen zur Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen
gleiche Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß ei
ner bestimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz
zwischen dem oberen und unteren Nip eingestellt wird, und die biegungs
steuerbaren Walzen an diese Biegung angepaßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine jede
Zwischenwalze die Höhe der zur Einstellung eines bestimmten Biegungsgra
des erforderliche Verformungskraft in Abhängigkeit von der jeweiligen
Biegesteifigkeit der jeweiligen Zwischenwalze gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Streckenlast im oberen und im unteren Nip unabhängig voneinander vorge
geben wird und eine Abweichung einer daraus sich ergebenenden Strecken
lastdifferenz von einer den Walzen zugeordneten kompensierten Strecken
lastdifferenz aufgeteilt wird in Verformungskräfte für die einzelnen
Zwischenwalzen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß für eine Berechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte die
Balkenbiegung der Zwischenwalzen herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Be
rechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte Schubverformungen der
Zwischenwalzen zusätzlich herangezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei
rohrförmigen Zwischenwalzen für eine Berechnung von Sollwerten für die
Verformungskräfte eine Schalenbiegung zusätzlich herangezogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die
Schalenschubverformung rohrförmiger Walzen herangezogen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß über eine Länge der Walzen eine Dicke der Nips gleichmäßig ausgebil
det ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Streckenlastprofile zwischen zwei Zwischenwalzen und zwischen
einer Zwischenwalze und einer biegungsgesteuerten Walze mit gleicher
Form eingestellt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Abweichung der Streckenlastdifferenz eingestellt wird, die be
tragsmäßig der kompensierten Streckenlastdifferenz entspricht zur Aus
bildung einer vertikalen Streckenlast-Kennlinie.
11. Vertikaler Mehrwalzen-Kalander zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer oberen biegungssteuerbaren Wal
ze, einer unteren biegungssteuerbaren Walze und mehreren dazwischen an
geordneten Zwischenwalzen, die übereinander angeordnet sind und Nips
zwischen jeweils zwei Walzen bilden, durch die die Warenbahn läuft, und
mindestens die Zwischenwalzen beidseitig Walzenzapfen aufweisen, die in
gelenkigen Lagern angeordnet sind, auf die über Druckzylinder Verfor
mungskräfte einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzylin
der (13, 14, 15) einzeln steuerbar und für ein Einleiten von Bela
stungs- und Entlastungsdrücken zweiseitig arbeitend ausgelegt sind.
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8331 | Complete revocation |