DE19820089C2 - Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

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.

Aus der DE 37 13 561 C2 und der EP 0 230 563 A1 sind ebenfalls Kalander bekannt, bei denen eine Kompensation der überhängenden Gewichte möglich ist. Dazu sind zwischen Durchbiegungseinstellwalzen Zwischenwalzen an­ geordnet, die über an Hebeln angreifende Kolben-Zylindereinheiten derart verstellbar sind, daß die Funktionen Heben, Entlasten, Absenken oder Halten der Walzenflächen in einer gewünschten Position zur Einstellung gewünschter Linienkräfte an den Berührungsflächen der Walzen zur Beein­ flussung der Qualität der Warenbahn möglich sind. Randbereiche der Walze, Teile der Lagerung der Walze, Hebeteile, zusätzliche Umlenk­ walzen, etc., die auf die Walzen schädlich wirkende Biegemomente ausüben könnten, werden hierdurch kompensiert. Eine steilere Streckenlast-Kenn­ linie ist hierdurch einstellbar.

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 Leichbaukonstruktion 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.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 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 N_o 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 N_u genannt, liegt zwischen der dritten Zwischenwalze 6 und der unteren beigesteuerbaren Walze 3.

In den Nips N_o, N₂, N₃, N_u 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 N_o herrscht demnach eine Streckenlast q_o, im Nip N₂ herrscht eine Streckenlast q₂, im Nip N₃ herrscht die Streckenlast q₃ und im unteren Nip herrscht die Strecken­ last q_u. Die Streckenlast, gemessen in N/mm, für eine Nip-Anzahl ergibt eine Streckenlast-Kennlinie.

Die Nips N_o, N₂, N₃, N_u 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 N_o, N₂, N₃, N_u 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 N_o und N_u 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 K_K (vgl. Fig. 2b), bei der überhängende Gewichte kompensiert sind, so daß ebene Streckenlastprofile in den Nips N_o, N₂, N₃, N_u 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 Δq_E.

Zur Einstellung einer gewünschten Streckenlast-Kennlinie K_B durch Wal­ zenbiegung (vgl. Fig. 2b) werden die Streckenlasten im oberen Nip q_o und im unteren Nip q_u unabhängig voneinander vorgegeben. Ausgehend von einer kompensierten Streckenlast-Kennlinie K_K mit einer oberen Streckenlast q_o wird eine gewünschte untere Streckenlast q_u festgelegt. Unterscheidet sich diese von der eigengewichtbedingten, wird die Streckenlast-Kennli­ nie K_B steiler oder flacher als die kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_K, da eine Streckenlastdifferenz Δq_B abgezogen oder addiert werden muß, die aus einer Gesamtstreckenlast aus der Verbiegung aller Zwi­ schenwalzen 4, 5, 6 resultiert. Die untere Streckenlast q_u kann kleiner gewählt werden als q_o. 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) q_B erzeugt werden.

Für eine kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_K gilt demnach

q_u = q_o + Δq_E,

während für die variable Streckenlast-Kennlinie K_B gilt

Δq_B = q_o + Δq_E - q_u.

Die Aufteilung dieser Streckenlastdifferenz Δq_B 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 Δq_B 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 Δq_B aus Walzenbiegung wird dann aufgeteilt auf die Zwischenwalzen 4, 5, 6 gemäß

Δq_B = 2q_hB + 1q_eB,

wobei q_hB der gesuchte Streckenlastzusatz auf die harten Zwischenwalzen 4, 6 aus Walzenbiegung und q_eB 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

f_h = f_e,

wobei f_h der Biegepfeil der harten Zwischenwalzen 4, 6 und f_e 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 E_e, E_h die Elastizitätsmodule und J_e, J_h die Flächenträgheitsmo­ mente der betreffenden der jeweiligen Zwischenwalzen angeben. Aus den vorstehenden Formeln lassen sich dann die gesuchten Streckenlastzusätze q_hB und q_eB 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 F_h für die harten Zwischenwalzen 4, 6 ergeben sich wie folgt:

die zusätzlichen Zapfenkräfte F_e für die elastische Zwischenwalze 5 er­ geben sich aus

Bei Realisierung einer gegenüber der kompensierten Streckenlast-Kennli­ nie K_K steileren Kennlinie K_B 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 F_h und F_e verdeutlicht wird.

Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft Streckenlastenzusätze q_hB und q_eB durch Biegungen zweier baugleicher harter Zwischenwalzen 4, 6 und einer elastischen Zwi­ schenwalze 5 angegeben. Fig. 2b zeigt die Streckenlastzusätze q_hB und q_eB 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 q_hB und q_eB sind hier betragsmäßig negativ in bezug auf die kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_K und führen folglich zu einer steileren variablen Streckenlast-Kennlinie K_B. Im oberen Nip N_o herrscht eine Streckenlast q_o, die über die obere biegesteuerbare Walze 2 ein­ stellbar ist. Die Höhe der Streckenlast q_o im oberen Nip und die Höhe der Streckenlast q_u 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 Δq_B betragsmäßig Δq_E entspricht. Das Ergebnis ist dann eine vertikale variable Kennlinie K_B. 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 Δq_B betragsmäßig größer ist als Δq_E. Das Ergebnis ist dann eine variable Kennlinie K_B mit einer negativen Steigung, da q_u kleiner ist als q_o, wie auch die Darstellung der Kraftpfeile für q_u und q_o 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 K_K flachere Kennlinie K_B durch Walzenbiegungen, was eine Krümmung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 nach unten erfordert. Dies verdeutlichen auch die Kraftpfeile F_h und F_e, die von oben auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6 wirken und folglich Belastungsdrücke einleiten. Δq_B subtrahiert sich hier nicht von Δq_E, 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 K_B durch Walzenbiegung gegenüber einer kompensierten Kennlinie K_K. 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 q_E von jeweils 8,1 N/mm be­ wirken. Die Zwischenwalzen 31, 33 und 34 sind elastische Walzen aus Alu­ minium, die eine Streckenlast q_E von jeweils 4,6 N/mm bewirken.

Für die kompensierte Kennlinie K_K wird eine obere Streckenlast q_o von Null angenommen, daraus folgt für eine untere Streckenlast q_u hier 38,1 N/mm. Wird jedoch eine untere Streckenlast q_u 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

q_b = 100 - 38,1 N/mm
q_B = 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 q_eE und q_eB von 4,6 N/mm und 10,7 N/mm, also 15,3 N/mm sowie aus q_hE und q_hB 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 K_K (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 entprechend anzupassen.

Bei der vorstehend beschriebenen Berechnung der Sollwerte für Strecken­ lastzusätze q_B 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 q_B 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 (10)

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.