DE19929149A1 - Walzen - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung wird die Walzendurchbiegung an Kalanderwalzen und Glättwalzen dadurch kompensiert, daß die Walze elektrisch-thermisch eine Durchmesseränderung erfährt, die der Walzendurchbiegung über der Walzenlänge angepaßt ist.
Description
Die Erfindung betrifft auf Biegung belastete Walzen, insbesondere Kalanderwalzen und
Glättwerkswalzen/Glättwalzen mit gehobenen Ansprüchen an das Walzergebnis. Solche
Ansprüche kommen z. B. vor beim Walzen von Feinblech, beim Walzen von breiten Blechen,
bei der Herstellung von Folienbahnen. Die für die Herstellung von Folienbahnen verwendeten
Einrichtungen sind Kalanderwalzen und Glättwalzen.
Die Walzenbelastung verursacht normalerweise eine Walzendurchbiegung, so daß die
Walzfläche nicht mehr eben ist.
Der Walzendurchbiegung wird in der Regel dadurch begegnet, daß eine oder mehrere
Stützwalzen eingesetzt werden. Mit den Stützwalzen wird eine Gegenkraft gegen die
Durchbiegung aufgebracht.
Überwiegend verlaufen die Stützwalzen parallel zur eigentlichen Walze.
Es sind auch Stützwalzen bekannt, deren Achse schräg zur Achse der eigentlichen Walzen
verlaufen. Derartige Anordnungen sind als Axcrossing bekannt.
Allen Stützwalzen ist jedoch gemeinsam, daß sie einen großen baulichen Aufwand erfordern.
Ein zusätzliches Problem an den Walzen ist die mit der Bearbeitung warmer Produkte
verbundene Walzenerwärmung. Dem wird in verschiedener Weise begegnet. Ein Vorschlag
sieht eine mehrteilige Walzenausführung mit einem Walzenkern und einem Walzenmantel
vor, wobei zwischen dem Walzenkern und dem Walzenmantel eine Wärmeisolierung
vorgesehen ist.
Ein weiterer Vorschlag nach der DE 196 52 938.1 A1 sieht gleichfalls eine mehrteilige
Walzenkonstruktion mit einem Walzenkern und einem Walzenmantel vor, wobei zwischen
dem Walzenkern und dem Walzenmantel eine Kühlung stattfindet. Für die Kühlung sind
Kanäle vorgesehen, die mit dem Kühlmittel durchströmt werden. Statt des Kühlmittels kann
auch ein Heizmittel durch die Kanäle hindurchgeführt werden. Auf dem Wege ist eine genaue
Temperierung der Walze möglich.
Die Durchbiegung wird jedoch damit nicht beeinflußt, so daß alle Anwendungen des
bekannten Vorschlages bislang zusammen mit einer Stützwalze erfolgt sind.
Ein Lösungsvorschlag, der sich mit einer Beeinflussung der Walzendurchbiegung befaßt, ist
der EP 0 771 905 A2 zu entnehmen. Dort ist eine mehrteilige Walzenausbildung mit einem
Kern und einem Walzenmantel vorgesehen, wobei hydraulisch zwischen dem Walzenkern
und dem Walzenmantel ein Druck aufgebaut wird. Mit Hilfe des Druckaufbaus ist die Walze
durchbiegungssteuerbar.
Die hydraulische Durchbiegungssteuerung hat sich jedoch nicht durchsetzen können. Der
Aufwand für die Hydraulik, insbesondere für die Steuerung sind sehr hoch. Wirtschaftlich ist
deshalb kein Vorteil zu erwarten gewesen.
Die Erfindung hat sich auch die Aufgabe gestellt, der Walzendurchbiegung entgegen zu
wirken. Dabei wendet sich die Erfindung trotz der Schwierigkeiten der hydraulischen
Walzendurchbiegungssteuerung der Walzendurchbiegungssteuerung zu.
Nach der Erfindung ist eine elektro-thermische Walzendurchbiegungssteuerung vorgesehen.
Dabei werden vorzugsweise elektrische Heizpatronen in eine ein- oder mehrteilige
Walzenkonstruktion eingesetzt. Je nach Beschaffenheit des Materials ergibt sich bei üblichem
Walzendurchmesser (bis 500 mm) mit jedem Grad Celsius Erwärmung oder Abkühlung in
radialer Richtung eine Durchmesseränderung von 0,005 bis 0.05 mm. Die Erfindung ist
darüber hinaus auch bei größeren Walzendurchmessern anwendbar. Dann werden die
erfindungsgemäßen Durchmesseränderungen hoch gerechnet.
Vorzugsweise beträgt die Durchmesseränderung bei üblichem Walzendurchmesser pro Grad
Celsius Erwärmung/Kühlung bis max 0,02 mm. Durch Verteilung der Heizpatronen der
Heizpatronen über der Walzenlänge und Einzelsteuerung und/oder Gruppensteuerung von
Heizpatronen läßt sich jedes gewünschte Temperaturprofil einstellen.
Mit zeitgemäßen Heizpatronen läßt sich dabei ohne weiteres eine Temperaturgenauigkeit von
weniger 0,5 Grad Celsius an jeder Heizpatrone einhalten. Die Steuerung kann dabei mittels
elektrischer Temperaturfühler und durch Regelung der Stromzuführung zu den Heizpatronen
dargestellt werden. Viele handelsübliche Heizpatronen besitzen bereits eine eingebaute
Temperaturmessung in Form eines elektrischen Temperaturfühlers.
Vorteilhafterweise ist nach der Erfindung eine extreme Feineinstellung des Walzenprofils
möglich. Vorteilhafterweise läßt sich das Walzenprofil auch extrem leicht einer
Belastungsänderung anpassen. Für den Walzenbetrieb bedeutet das eine nicht zu
unterschätzende Erleichterung.
Die mit der erfindungsgemäßen Walzendurchmessersteuerung verbundene Erwärmung ist in
den meisten Fällen unschädlich. Für Grenzfälle ist eine Kombination mit einer bekannten
Isolierung und/oder Walzenkühlung aber von Vorteil.
Von Vorteil sind mehrteilige Walzenkonstruktionen mit einem Walzenkern und einem oder
mehreren Walzenmänteln. Die äußere Mantelkonstruktion kann zur Isolierung und/oder zur
Temperierung der Walzenoberfläche genutzt werden. Dabei ergeben sich baulich günstige
Verhältnisse, wenn der Walzenmantel eine glatte Innenfläche besitzt. Die Kanäle für das
Temperierungsmittel können fertigungstechnisch günstig durch U-förmige Nuten in der unter
dem Walzenmantel liegenden Materialfläche gebildet werden. Die Kanäle werden dann
durch den Walzenmantel verschlossen. Die Materialfläche wird durch einen weiteren
Walzenmantel oder durch den Walzenkern gebildet. Die Kanäle lassen sich leicht in die
äußere Fläche des weiteren Walzenmantels oder des Walzenkerns einfräsen.
Vorzugsweise verlaufen die Kanäle für die Temperierung der Walzenoberfläche entlang der
zugehörigen zylindrischen Mantelfläche wie eine Schraubenlinie.
Wahlweise sind mehrgängige Kanäle vorgesehen. Die Mehrgängigkeit ist der
Mehrgängigkeit von Schraubenlinien nachgebildet.
Bei mehrgängigen Kanälen verkürzt sich die Kanallänge über der Walzenlänge entsprechend
der Anzahl der Mehrgängigkeit. Mit der Verkürzung der Kanallänge erleichtert sich die
Einhaltung geringer Temperaturdifferenzen im Temperierungsmittel. Das gilt umsomehr,
wenn dem Temperierungsmittel unterschiedliche Strömungsrichtungen gegeben werden. Z. B.
wird in jedem zweiten (in Umfangsrichtung gesehen) Kanal bzw. Kanalgang eine
entgegengesetzte Strömungsrichtung zu der Strömung in dem vorhergehenden Kanal bzw.
(Kanalgang) erzeugt.
Bei einem zweigängigen Kanal Winden sich beiden Kanalgänge iri der Schraubenlinie parallel
zueinander. Dann kann in dem einen Kanalgang die Strömung in der einen Richtung und die
Strömung in dem anderen Kanalgang in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Für die beiden
Kanalgänge finden sich an jedem Walzenende jeweils eine Zuführung und eine Abführung für
Tempererierungsmittel.
Wahlweise ist die Temperierung in Abschnitte unterteilt. Die Abschnitte erstrecken sich in
Walzenlängsrichtung und/oder als Sektoren in Umfangsrichtung. Die Abschnitte werden
durch die schraubenförmig verlaufenden Kühlkanäle gebildet.
Die Abschnittstechnik dient dazu, immer wieder frisches Temperierungsmittel zuzuführen
und durch Erwärmung bzw. Abkühlung "verbrauchtes" Temperierungsmittel abzuziehen.
Sonst kann in Walzenlängsrichtung eine geringfügig unterschiedliche Temperatur an der
Walzenoberfläche entstehen. Das verbrauchte Temperierungsmittel wird durch Kühlung bzw.
durch Erwärmung wieder aufbereitet.
Die Heizpatronen für die Walzdurchmesseränderung können in Bohrungen und in Kanälen
angeordnet werden.
Vorzugweise verlaufen alle Bohrungen und Kanäle in Walzenlängsrichtung. Die Bohrungen
werden im Falle einer Massivbauweise ins volle Material eingebracht.
Die Kanäle für das Temperierungsmittel finden in Kombination mit der oben beschriebenen
Temperierung in Zusammenhang mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten
Walzenmänteln Anwendung. Dann sind die Kanäle für das Temperierungsmittel in die
Außenfläche des inneren Walzenmantels eingearbeitet und die Kanäle für die die
Heizpatronen können wie die Kanäle für die Temperierung in den Walzenkern außen
eingefräst. Im Unterschied zu den Kanälen für die Temperierung verlaufen die Kanäle für die
Heizpatronen wie die Bohrung geradlinig, vorzugsweise parallel zur Walzenlängsachse.
Bei Anwendung einer Hohlkonstruktion verlaufen die Heizpatronen ggfs. durch konstruktive
Hohlräume oder ganz oder teilweise durch Konstruktionsteile.
Es können auch mehr als zwei Walzenmäntel zur Anwendung kommen.
Die Heizpatronen können handelsübliche Ausführungen besitzen und in Längsrichtung
schließend aneinander liegen oder in Abständen liegen. Die Abstände sind wahlweise
unterschiedlich, um eine Anpassung an einen über der Länge der Walze unterschiedlichen
Heizbedarf herbeizuführen.
Die Anpassung kann auch durch Wahl unterschiedlicher Leistungsdaten für die Heizpatronen
erfolgen.
Wahlweise finden auch Sonderkonstruktionen für die Heizpatronen Anwendung. Die
Sonderkonstruktionen können sich insbesondere in der Länge und Wicklung von
handelsüblichen Heizpatronen unterscheiden. Die Wicklung kann über der Länge der Walzen
unterschiedlich sein, um eine Anpassung an einen über der Länge der Walze
unterschiedlichen Heizbedarf herbeizuführen.
Nach der Erfindung sind Heizpatronen mit einer Länge von mindestens 500 mm vorgesehen.
Dabei können sich Heizpatronenlängen von 1000 mm oder 1500 mm ergeben.
Die Heizpatronen werden über Elektroleitungen mit Strom beaufschlagt. Konstruktiv können
sich Vorteile ergeben, wenn in der Stromführung Schleifringe. Die Schleifringe befinden sich
dann an den Stirnflächen/Wangen der Walzen und erlauben die Stromübertragung von einem
ortsfest angeordneten Kontakt.
Sofern die Heizpatronen einzeln oder in Gruppen mit Strom beaufschlagt werden sollen, sind
entsprechend viele Stromführungen vorgesehen.
Die Verwendung verschiedener Stromführungen erlaubt auch die unterschiedliche Steuerung
der Heizpatronen. Dies kann zusätzlich oder anstelle der oben erläuterten Maßnahmen zur
Anpassung an den über der Länge der Walze unterschiedlichen Heizbedarf genutzt werden.
Bei Aufteilung der Heizpatrone in zwei Gruppen ist es von Vorteil, die Heizpatronen der
einen Gruppe vom einen Walzenende her mit Strom zu beaufschlagen und die Heizpatronen
der anderen Gruppe vom anderen Walzenende her mit Strom zu beaufschlagen.
Sofern die erfindungsgemäße Walzendurchbiegungssteuerung mit einer oben erläuterten
Temperierung der Walzenoberfläche verbunden wird, sind die Zuführungen und Abführungen
von Temperierungsmittel zwischen außen den angeordneten Bohrungen bzw. zwischen den
Heizpatronen durchgeführt.
In der Kombination mit der oben erläuterten Temperierung wird die mit der
erfindungsgemäßen Walzendurchbiegungssteuerung verbundene Temperaturänderung nicht
an der Walzenoberfläche wirksam. Zusätzlich oder anstelle der Temperierung können auch
Wärmeisolierungen Anwendung finden.
Sofern die Bohrungen bzw. die Heizpatronen eher mittig angeordnet sind, kann sich eine
andere Konstruktion ergeben.
Weitere konstruktive Freiheiten ergeben sich, wenn die Stromzuführung an dem einen
Walzenende und die Zuführung und Abführung von Temperierungsmittel am anderen
Walzenende vorgesehen ist.
Bei Verwendung mehrerer Walzenmäntel für die Walze sind die Walzenmäntel konzentrisch
ineinander angeordnet. Der äußere Walzenmantel verschließt die außen am inneren
Walzenmantel liegenden Kanäle.
Der Walzenkern kann aus Vollmaterial gebildet sein. Er kann auch durch eine
Hohlkonstruktion gebildet werden. Dabei sind Dehnungskörper vorgesehen, die der Walze
durch Erwärmung eine Durchmesseränderung vermitteln. Die Dehnungskörper greifen dabei
unmittelbar oder mittelbar an den Walzenmantel. Sie können z. B. durch Scheiben gebildet
werden.
Bei einer mehrteiligen Walzenkonstruktion empfiehlt die Erfindung unterschiedliche
Werkstoffe. Der äußere Walzenmantel besteht z. B. aus Stahl. Der Walzenkern kann
einschließlich der Walzenzapfen aus Aluminium oder auch aus Stahl bestehen.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Kalanderwalze mit einem Walzenmantel 2 und einem massiven
Walzenkern 1. Der Walzenkern 1 ist mit zwei Walzenzapfen 3 versehen, die der
Walzenlagerung in einem nicht dargestellten Kalandergerüst dienen.
Der Walzenkern 1 ist an der Außenseite mit einem Temperierungskanal versehen, der wie
eingängiges Gewinde am Umfang verläuft. Der nicht dargestellte Temperierungskanal besitzt
eine U-Form und ist in den Umfang eingefräst. Der Kanal wird durch die Hülle des
aufgeschrumpften Walzenmantels 2 verschlossen.
Zu dem Kanal führen Zuleitungen und Ableitungen. Diese Leitungen sind gemeinsam mit 6
bezeichnet. Die in der Fig. 1 in der linken Hälfte angeordneten Leitungen 6 sind Ableitungen.
Die in der Fig. 1 in der anderen Hälfte angeordneten Leitungen 6 sind Zuführungsleitungen.
Das Temperierungsmittel (Wasser) wird durch eine Bohrung 4 im Walzenzapfen 3 zugeführt
und wird durch einen Verschluß der Bohrung 4 in die Zuleitung gezwungen. Dadurch tritt das
Temperierungsmittel am Ende der rechten Hälfte in den Kanal ein.
Das Temperierungsmittel strömt dann in dem schraubenlinienförmigen Verlauf des Kanals
entlang der Umfangsfläche des Walzenkerns in Richtung des anderen Walzenendes. Dabei
gibt das Temperierungsmittel am Anfang des Betriebes Wärme ab, um die Kalanderwalze auf
Arbeitstemperatur zu bringen.
Die Kalanderwalze dient der Herstellung einer Folienbahn aus Kunststoff. Der Kunststoff
wird mittels eines Extruders schmelzflüssig in den nicht dargestellten Walzenspalt mit einer
anderen Kalanderwalze aufgegeben und wird in dem Walzenspalt zugleich geformt und
gekühlt.
Deshalb bedingt die Bearbeitung des Kunststoffes eine sofortige Aufnahme von Wärme durch
das Temperierungsmittel.
Die Wärmeaufnahme erfolgt auf dem Wege des Temperierungsmittels durch den Kanal.
Nach Fig. 2 wird das Temperierungsmittel wieder abgezogen, wenn es einen Umfangssektor
Tf3 durchlaufen hat. Anstelle des abgezogenen Temperierungsmittels wird frisches
Temperierungsmittel zugeführt und nach Durchlaufen eines Umfangssektors Tf1 wieder
abgezogen. Das gleiche wiederholt sich im Umfangssektor Tf2.
Das verbrauchte Temperierungsmittel wird durch eine Leitung 5 im anderen Wellenzapfen 3
einer nicht dargestellten Heiz/Kühlanlage einer Aufbereitung zugeführt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen, daß dicht unterhalb des Kanales in dem Walzenkern insgesamt
achtzehn Längsbohrungen 7 eingebracht worden sind. Die Längsbohrungen 7 sind in Gruppen
zu dritt zusammengefaßt. Die Leitungen 6 sind zwischen den Gruppen hindurchgeführt.
In den Bohrungen 7 befinden sich Heizpatronen 8. Die Heizpatronen 8 sind
Sonderanfertigungen und erstrecken sich im wesentlichen über die Walzenlänge. Die
Heizpatronen werden über Elektroleitungen bzw. zwischengeschaltete Schleifringe 9 mit
Strom beaufschlagt und gesteuert. Die Steuerung erfolgt anhand einer Temperaturmessung
mittels eingebauter elektrischer Temperaturfühler.
Fig. 1 zeigt im unteren Bereich der rechten Hälfte ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, daß sich durch einen anderen Walzenkern von dem bisher erläuterten
Ausführungsbeispiel unterscheidet. Der andere Walzenkern besteht aus einer
Hohlkonstruktion mit Scheiben 15. Die Heizpatronen 8 sitzen dann in Bohrungen der
Scheiben 15.
Im erst erläuterten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 hat die Kalanderwalze einen
Durchmesser von 400 mm. Der Walzenmantel 2 besteht aus Stahl, der Walzenkern aus
Aluminium. Im zweiten Ausführungsbeispiel besteht auch der Walzenkern aus Stahl.
Fig. 3 zeigt, daß die Heizpatronen 8 in zwei Gruppen 22 und 24 geordnet sind. Die eine
Gruppe 24 wird von dem in Fig. 1 linken Walzenende mit Strom versorgt, die andere Gruppe
22 von dem in Fig. 1 rechten Walzenende.
Die erfindungsgemäße Walze wird bei der Bearbeitung von Kunststoff außen am
Walzenmantel 2 gekühlt.
Zugleich wird der Walzenkern 1 entsprechend der Belastung der Kalanderwalze erwärmt, so
daß sich der Walzenkern 1 ausdehnt. Pro Grad Celsius erfolgt im Ausführungsbeispiel eine
Walzendurchmesservergrößerung um 0,01 mm.
Die Walzendurchmesservergrößerung kompensiert die von der Walzenbelastung verursachte
Walzendurchbiegung.
Die Verformung des Walzenmantels 2 ist in der Fig. 4 grob vereinfacht und aus
Darstellungsgründen überzeichnet dargestellt. Die Walzenlänge trägt die Bezeichnung WOB,
der Walzendurchmesser die Bezeichnung B. Mittig ergibt sich eine Walzenverdickung, die in
Wirklichkeit mit dem Auge in der Ansicht nach Fig. 1 nicht wahrnehmbar ist.
Bei einer Belastungsänderung wird die Temperatur des Walzenkerns und damit seine
Ausdehnung nachgeregelt.
Claims (15)
1. Walze mit erheblicher Biegelast, insbesondere Kalanderwalze oder Glättwalze, mit einer
Walzendurchbiegungssteuerung durch Änderung des Walzendurchmessers zur
Kompensation einer Walzendurchbiegung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Walzendurchbiegungssteuerung elektro-thermisch erfolgt.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Erwärmung/Kühlung um
1 Grad Celsius eine Walzendurchmesseränderung bis zu 0,05 mm erzeugt wird.
3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Erwärmung/Kühlung um
1 Grad Celsius eine Walzendurchmesseränderung bis zu 0,02 mm erzeugt wird.
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Walze
elektrisch betriebene Heizpatronen (8, 22, 24) vorgesehen sind.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizpatronen (8, 22, 24) am
Rand der Walze positioniert sind und/oder in Walzenlängsrichtung und/oder in
Umfangsrichtung entsprechend verteilt sind und/oder einzeln oder in Gruppen (22, 24)
gesteuert sind und/oder handelsübliche Heizpatronen sind und/oder Sonderfertigungen
sind und/oder in den Heizpatronen (8, 22, 24) Temperaturfühler angeordnet sind und/oder
eine Anpassung der Erwärmung durch unterschiedliche Heizleistung der Heizpatronen
und/oder durch die unterschiedliche Verteilung der Heizpatronen erfolgt.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zu den
Heizpatronen (8, 22, 24) über Schleifringe erfolgt und/oder für eine Heizpatronengruppe
(22) von einem Walzenende erfolgt und für die andere Heizpatronengruppe (24) vom
anderen Heizpatronenende aus erfolgt und/oder Heizpatronen verwendet werden, deren
Wicklungen dem über der Walzenlänge unterschiedlichen Wärmebedarf angepaßt sind
und/oder die Heizpatronen eine Länge von mindestens 500 mm besitzen.
7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen massiven
Walzenkörper oder eine Hohlkonstruktion als Walzenkörper.
8. Walze nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Walzenkern, der über
Dehnungskörper mit einem Walzenmantel verbunden ist und/oder die Verwendung von
Stegen (15) als Dehnungskörper.
9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze ganz
oder teilweise aus unterschiedlichen Materialien besteht und/oder mit einem oder
mehreren ineinander angeordneten Walzenmänteln versehen ist.
10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze aus Stahl und/oder
Aluminium besteht.
11. Walze nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch die Kombination mit
einer Walzentemperierung.
12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung aus Kanälen
besteht, die durch die Walze geführt sind und/oder ein- oder mehrgängig wie ein
Schraubengewinde verlaufen und/oder mit Zuführungen und Ableitungen (6) versehen
sind und/oder die Kanäle eine U-Form besitzen und/oder die Kanäle ein- oder mehrgängig
wie ein Schraubengewinde verlaufen.
13. Walze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in die Außenfläche des
Walzenkernes eingearbeitet sind und mit dem Walzenmantel verschlossen sind und/oder
die Zuführung und/oder Abführung von Temperierungsmitteln abschnittsweise erfolgt
und/oder zwischen den Heizpatronen verläuft und/oder mit unterschiedlichen
Strömungsrichtungen verläuft.
14. Walze nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperierungsabschnitte in Umfangsrichtung als Sektoren und/oder in Längsrichtung
verlaufen.
15. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen mehrteiligen
Walzenkörper mit einer Wärmeisolierung der elektro-thermischen
Walzendurchbiegungssteuerung.
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