DE3016786C2 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Spaltbreite zwischen wenigstens zwei in einem Mehrwalzwerk zusammenarbeitenden parallelen Walzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Spaltbreite zwischen wenigstens zwei in einem Mehrwalzwerk zusammenarbeitenden parallelen Walzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Mehrwalzwerke weisen im allgemeinen drei bis fünf Walzen auf und dienen dazu, pastöse Massen, z. B. eine Schokoladenmasse, zu vermählen, dispergieren, mischen, homogenisieren, usw. Derartige Mchrwalzwerke können auch zur Verarbeitung von Druckfarben, Anstrichfarben, Pigmentdispersionen, Farbstiftmassen, Beschichtungsmassen, Toilettenseife, Confiseriemassen, usw. verwendet werden.

Die Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnungen an den Stirnseiten der Walzen dienen dazu, eine bestimmte Spaltweite bzw. einen bestimmten Walzendruck individuell für jede Walzenseite einstellen zu können.

Es ist schon bekannt, derartige Walzen vorwiegend zu kühlen oder in Spezialfällen zu heizen, um sie der Temperatur des zu verarbeitenden Materials optimal anpassen zu können. Die Kühlung oder Heizung von Walzwerken wird z. B. bei der Verwendung derartiger Mehrwalzwerke in der Farben- und Schokoladenindustrie benötigt. Bekannt ist die thermostatische Temperaturregelung auf eine bestimmte konstante Temperatur. In der Regel wird jede Walze mit einem thermostatisehen Temperaturregeisystem ausgerüstet, welches von Hand auf einen bestimmten Temperaturwert eingestellt wird. Nachteilig bei diesem bekannten System ist die relativ große Abweichung zwischen Soll- und Isttempe-

ratur sowie der kleine Wasserdruck yon 0,8 bis 1,8 bar mit der sich dadurch ergebenden niedrigen Wasserdurchsatzmenge und Druckintensität des Wasserstrahls, Die Temperatursteuerung ist erschwert, da ζ,Β, bei einem Fünfwalzwerk fünf Temperatursollwerte verstellt werden müssen, wenn eine Temperatur-Niveauänderung durchgeführt werden soll. Das bekannte Temperaturregelsystem eignet sich insbesondere nicht für eine Automatisierung

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem mittels der Temperatur die Spaltbreite zwischen mindestens zwei Walzen des Mrhrwalzwerkes geregelt wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus. daß für die Erzielung einer optimalen Produktqualität in erster Linie der von der aufgeschliffenen Bombierung abhängige optimale Walzendruck maßgebend ist. Weiter kommt es für die Erzielung eines optimal verarbeiteten Produktes darauf an, daß die Schichtdicke bei der Verarbeitung einen vorbestimmten Sollwert aufweist und möglichst konstant bleibt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind die Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Erfindungsgemäß wird also zur Konstanthaltung der Walzenspaltbreite und damit der Materialschichtdicke in erster Linie die Walzentemperatur verändert. Da eine anwachsende Spaltbreite durch zu viskoses, d. h. zu kühles Material verursacht wird, muß in diesem Fall eine Temperaturerhöhung vorgenommen werden. Umgekehrt ist die Temperatur bei einer Unterschreitung der Soll-Spaltbreite zu erniedrigen. Erst wenn der Variationsbereich der Temperaturänderung der Walzen nicht mehr ausreicht, wird erfindungsgemäß die Walzendruckregelung zugeschaltet, d. h., daß bei zu großer Spaltbreite der Walzendruck erhöht wird und umgekehrt.

Bei normal eingestellter Maschine werden also zunächst sowohl Spaltbreite als auch Temperatur als auch Walzendruck konstant bleiben. Bei produktbedingten Veränderungen der Spaltbreite wird dann zunächst die Temperatur in der vorstehend beschriebenen Weise verändert. Reicht dies nicht mehr aus, treten Veränderungen des Walzendruckes hinzu.

Die erfindungsgemäße Regelung läuft nicht nur auf eine Konstanthaltung der Walzenspaltbreite, sondern auch auf eine Konstanthaltung der Temperatur hinaus. Bei gleichmäßig temperiertem Material und bei konstanten Materialeigenschaften wird nämlich die Spaltbreite ohnehin konstant bleiben. Bei Temperaturschwankungen und Änderungen der Materialeigenschäften ändert sich die Spaltbreite, was durch die erfindungsgemäße Temperaturregelung kompensiert wird.

Vorzugsweise ist die Temperatur der Walzen zwischen 15 und 65' C, in Ausnahmefällen bis 150⁰C, veränderbar.

Insbesondere bei einem Walzwerk mit mehr als zwei Walzen sollen alle Walzenspalte in Abhängigkeit von einer Walzenführungstemperatur gemeinsam verstellt werden, welche an einer der Walzen (Temperaturführungswalze) bestimmt wird. Die Temperaturen der der Temperaturführungswalze folgenden und/oder vorangehenden Walzen werden somit sukzessive um einen vorbestimmten festen Betrag verändert.

Die Erfindung hat auch eine Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand, welche durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet ist.

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Dabei können jede der an den Walzenstirnseiten vorgesehenen Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnungen mit ihren Klemmkammern individuell über festeingestellte Druckreduzierventile und die Lösekammern über ein gemeinsames Gegendruckreduzierventil an eine Hauptdruckquelle angeschlossen sein. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil so zunächst in dem Herstellerwerk Drücke in den Klemmkammern auf einen vorbestimmten optimalen Maximalwert eingestellt werden können, während im Betrieb nur noch das eine Gegend; jckreduzierventil verstellt werden muß. Sofern nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Gegendruckreduzierventil über pinen Servoantrieb an den Druckregler angeschlossen ist, ergibt sich eine besonders einfache Drucksteuerung.

Um einerseits ein überschwingfreies Anfahren und während des Dauerbetriebes ein vollständiges Ausregeln ohne bleibende Regelabweichung zu erzielen, soll der Temperaturregler nach einer bevorzugten Ausführungsform em PDPI-Regler sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Temperaturregler eine Anfahrschaltstufe vorgesehen ist, welche beim Betriebsbeginn bis zur Aufheizung der Walzen die Kaltwasserzufuhr ab- und eine Warmwasserzufuhr einschaltet.

Um die Temperatur einer jeden Walze regeln zu können, ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß jede Walze einen Temperaturregler mit einstellbarer Solltemperatur aufweist, wobei ein Regler als Führungstemperaturregler für die Führungstemperatur dient. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß vor jedem der geführten Temperaturregler eine Differenztemperatur-Einstellstufe angeordnet ist, der auch ein Temperatursignal vom Führungstemperaturregler zugeführt ist und welche die Differenztemperatur zur Fülirungstemperatur addiert bzw. von ihr subtrahiert, und daß das Ausgangssignal als Temperatursollsignal dem weiteren Temperaturregler zugeführt ist, wobei diesem Temperaturregler das Ist-Temperatursignal von der zugeordneten Walze zugeführt ist und das Ausgangssignal das Kühlungsbzw. rieiz-Steuersignal bildet. Auf diese Weise können bei den übrigen Walzen zu der temperaturmäßig geregelten Walze beliebige Differenztemperaturen voreingestellt werden. Durch Verstellung der Fühningstemperatur werden dann unter Beibehaltung der voreingestellten Temperaturdifferenz die Temperaturen der übrigen Walzen nachgezogen. Mit dem Führungstemperaturregler und dem dazugehörigen Sollwertgeber für die Führungstemperatur kann so auf einfache Weise das gesamte Temperaturniveau der übrigen Walzen mit den vorgegebenen Differenztempi.· raturen verändert werden.

Von Je? vollautomatischen Temperatur- bzw. Spaltbreitensteuerung auf eine Halbautomatik kann ohne weiteres umgeschaltet werden, wenn statt des Spaltbreitengebers der Temperaturführungsregler als Sollwertgeber von Hand gesteuert wird.

Mittels eines induktiven Wegtasters und Trägerfrequenz-Meßverstärkers oder eines Schichtdickenmeßgeräts kann der Walzenspalt mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 μ gemessen werden. Entsprechend der Walzenspaltänderung können dann Walzentemperatur bzw. Walzendruck vollautomatisch geregelt werden. Nähert sich drr Walzenspalt dem Wert NuIi, so übernimmt die Automatik die Funktion der Trockenlaufsicherung, damit ein metallisches Berühren der Walzen im Betrieb vermieden werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Ausführung verwendete Einrichtung weisen gegenüber der thermostatischen Temperaturregelung folgende Vorteile auf:

Der elektrisch bzw. elektronisch steuerbare Temperaturregler weist ein PDPI-Regelverhalten auf. Der zulässige Wasserdruck kann bis maximal 10 bar betragen. Da eine elektrische stufenlose Regelbarkeit vorliegt, kann sowohl eine halbautomatische Walzentemperaturregelung mit nur einem Sollwertgeber für zwei bis fünf Walzen durchgeführt werden. Weiter ist auch über die Walzenspaltbrcilcn- oder Schichtdickenmessung eine vollautomatische Walzenteniperatiirregelung möglich.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur in schematischer Darstellung die erfindungsgeniaße Vorrichtung zur Regulierung der Spaltbreite bzw. der Temperatur der Walzen eines Mehrwalzwerkes zeigt.

In der Zeichnung sind zwei Walzen 15, 16 mit ihrer Drehachse 14', 14" und ihrer Lagerung nur angedeutet. Die Walzen und deren Lagerzapfen sind hohl und bieten so einen Durchlaß für ein Kühl- oder Heizwasserrohr 21, welches im Innern der Walzen l.t, 16 oben Bohrungen 22 aufweist, durch die Wassersprühstrahlen 23 nach oben zur Wand der Walzen 15, 16 austreten können. Es bildet sich schließlich ein Kühlwasserbad 24 in der unteren Hälfte der Walze 15. Das überschüssige Wasser fließt aus der seitlichen öffnung der Walze 15 bei 25 ab. ;·

In jeder der Walzen des Mehrwalzwerks ist eine derartige Wasserzufuhr vorgesehen.

Das Wasserrohr 21 ist an zwei Magnetventile 26, 27 angeschlossen, denen Kaltwasser K bzw. Warmwasser Wzugeführt ist. Von den beiden Magnetventilen 26, 27 ;\ ist jeweils eines offen, das andere hingegen geschlossen. Die beiden Magnetventile 26, 27 werden durch eine Schaitstufe 17t> innerhalb der Temperaturregelung gesteuert.

Der Regler 17 ist ein PDPI-Regler. dessen Regelein- -m gang 1 über einen Temperaturfühler 28 der Walze 15 zugeführt ist. Weiter wird dem Temperaturregler 17 über einen Sollwertgeber 20 bei Schließung des Schalters 32 ein Temperatursollsignal 7"iszugeführt.

Am Ausgang des Temperaturreglers entsteht somit ein Temperatursteuersignal STu welches in einer weiter unten beschriebenen Weise an einen Steuerschieber 30 angelegt ist.

Von einem Temperaturfühler 28' in der zweiten Walze 16 wird ein für die Temperatur dieser Walze repräsentatives If-Signal dem Regeleingang 2 eines weiteren PDPI-Reglers 17' zugeführt.

Ein Temperatursignal T\ aus dem PDPI-Regler 17 ist an eine Differenztemperatur-Einstellstufe 34 angelegt Aus der voreingestellten Differenztemperatur At und 5~> dem Führungstemperatursignal T\ bildet die Stufe 34 wahlweise die Summe oder die Differenz. Der Ausgang T25 stellt das Solltemperatursignal für die zweite Walze 16 dar. Dieses Signal wird dem zweiten PDPI-Regler 17' zugeführt mi

Das Ausgangssignal STi des Reglers 17' wird einem Steuerschieber analog dem Schieber 30 in einer in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellten Weise zugeführt

Weitere PDPI-Regler können für eventuell weiter r--, vorgesehene Walzen in völlig analoger Weise vorgesehen werden, wobei jede einzelne Walze auf eine freiwählbare, gewünschte Differenz zur Führungstemperatur Γι eingestellt werden kann. Der Führungstemperaturregler 17 muß nicht an der ersten Walze angeordnet werden, sondern kann jeder beliebigen gewünschten Walze innerhalb des Mehrwalzwerkes zugeordnet werden.

Der Regelausgang 57"; des Temperaturreglers 17 ist wie gesagt an den Steuerschieber 30 angelegt, welcher von dem Signal .5T₁ in der Weise mehr oder weniger den Querschnitt des Wasserrohres 21 abdeckt, daß die Temperatur der Walze 15 auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Dieser Sollwert kann durch den .Sollwertgeber 20 in den Führungstemperaturregler 17 eingegeben wurden. Reicht der Regelbereich des Schiebers 30 für eine Konstanthaltung der eingestellten Solltemperatur nicht aus. so können gegebenenfalls die Magnetventile 26, 27 noch umgeschaltet werden, um beispielsweise statt Kaltwasser K Warmwasser W in das Wasserrohr 21 einzuleiten. Dies ist insbesondere am Beginn des Betriebs des Mchrwalzwerks erforderlich.

Nach der Zeichnung ist der Sollwertgeber 20 über einen Zweifachschalter 32 an den Regler 17 angeschlossen. In der dargestellten Position trennt der Zweifachschalter 32 den Temperatursollwertgeber 20 vom Regler 17 und verbindet statt dessen einen Spaltbreitengeber31 mit dem Eingang des Temperaturreglers 17.

Der Spaltbreitengeber 31 ist zwischen zwei oder mehr Walzen eingeschaltet oder ist ein Schichtdi.kenmeßger'it. Bei einer Vergrößerung der Spaltbreite beaufschlagt er den Temperaturregler 17 in dem Sinne, daß die Temperatur der Walze erhöht wird und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Spaltbreite konstant gehalten.

Der Druck, mit dem zwei oder mehr Walzen gegeneinander geklemmt werden, wird durch eine Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnung 33 bestimmt, welche zwischen den Lagern der beiden Walzen vorgesehen ist. Der Klemmraum Ha der Kolben-Zylinderanordnung 33 ist über ein individuell festeinstellbares Druckreduzierventil 13a an eine Hauptdruckquelle Pangeschlossen. Die Klemmkammern Wb, lic Wd. ... weiterer an den übrigen Stirnseiten der Walzen vorgesehenen Kolben-Zylinderanordnungen 33 sind über die entsprechend bezeichneten Anschlüsse in der Zeichnung und weitere individuell festeinstellbare Druckrediizierventile 136. 13c, 13c/,... ebenfalls an die Hauptdruckquelle P angelegt. Mittels der Druckreduzierventile 13a bis 13c/ werden die optimalen bzw. maximalen Druckwerte in den einzelnen Kolben-Zylinderanordnungen 33 im Herste'lerwerk voreingestellt. Die bei einer Lösung der Walzen mit Druck beaufschlagbaren Lösekammern 12a, 126, 12c IU der Kolben-Zylinderanordnungen 33, von denen in der Zeichnung nur eine dargestellt ist, sind jedoch gemeinsam über ein einziges Gegendruckreduzierventil an die Hauptdruckquelle P angelegt Durch eine Verstellung des Gegendruckreduzierventils 14 mittels eines Servoantriebes 29 können somit die Walzendrükke an allen Walzenseiten gleichmäßig verändert werden.

Mit einem Druckregler 19 ist es so möglich, durch einen einzigen Einstellschritt sämtliche Walzendrücke zu verändern. Dies kann beispielsweise von Hand mittels eines Einstelldrehknopfes 42 geschehen. Mit diesem Einstelldrehknopf werden für ein bestimmtes zu verarbeitendes Material die Walzendrücke optimal eingestellt

Bei automatischer Regehing ist der Druckregler 19 jedoch zusätzlich über einen elektronischen Schalter 18

an den Spaltbreitengeber 31 angeschlossen. Der elektronische Schalter 18 ist seinerseits mit einer Minimum-Maximuni-Erfassungssuifc 17a des Temperaturreglers 17 verLunden. Der elektronische Schalter 18 schließt, wenn der Tempcraturrcgclbcrcich des Temperaturreglers 17 überschritten bzw. unterschritten wird. Sobald dies der KaII ist, bleibt der Steuerschieber 30 in einer >-iner Extremstellungen stehen und die Spaltbreite wird durch Tätigwerden des Druckreglers 19 auf den erforderlichen Wert eingeregelt.

Sobald die Temperatur sich wieder so weit geändert hat. daß sie innerhalb des Regelbereiches des Temperaturreglers 17 liegt, öffnet der Schalter 18 wieder, so daß mit konstantem, voreingestelltem Walzendruck weitergearbeitet wird und die Spaltbreite jetzt wieder allein durch den Temperaturregler 17 konstant gehalten ist.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Regelung der Spaltbreite zwischen wenigstens zwei in einem Mehrwalzwerk zusammenarbeitenden parallelen Walzen, deren Temperaturen durch eine in ihrer Intensität veränderbare Kühl- bzw. Heizeinrichtung einstellbar sind und die durch walzenstirnseitig angeordnete, mit einem Steuerdruck beaufschlagte hydraulische Kolben-Zylinderanordnungen gegeneinander klemmbar bzw. voneinander lösbar sind, wobei der hydraulische Steuerdruck so gewählt ist, daß ein der jeweiligen Walzaufgabe angepaßter vorbestimmter Walzendruck und damit eine vorbestimmte Walzenspaltbreite eingestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Veränderung der eingestellten Spaltbreite während des Walzvorgangs zunächst unter Beibehaltung des eingestellten Walzendruckes die Kühl- bzw. Heizintensität in dem Sinne verändert wird, daß der Spalt die vorbestimmte Breite wieder annimmt, und daß, falls der Variationsbereich der Kühl- bzw. Heizintensität nicht ausreicht, der Walzendruck zur Wiederherstellung der vorbestimmten Spaltbreite verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Walzen (15, 16) zwischen 15 und 150⁰C, vorzugsweise 15 bis 65° C₁ veränderbar ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Walzenspalte in Abhängigkeit von eir'er Walzenführungstemperatur gemeinsam verstellt werden, welche an einer der Walzen (Temperattirführungsivalze, ι. B. Walze 15) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruc: 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der der Temperaturführungswalze folgenden bzw. vorangehenden Walzen sukzessive um einen wählbaren vorbestimmten festen Betrag verändert werden.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spaltbreitengeber (31) sowohl an einen Temperaturregler (17) als auch über einen Schalter (18) an einen Druckregler (19) für den Walzendruck angeschlossen ist, daß der Temperaturregler (17) bei Vergrößerung der Spaltbreite durch Minderung der Kühlintensität bzw. Steigerung der Heizintensität die Walzentemperatur erhöht und umgekehrt, und daß beim Überschreiten bzw. Unterschreiten des vorgegebenen Temperaturregelbereiches eine Minimum-Maximum-Erfassungsstufe [\7a) des Temperaturreglers (17) den Schalter (18) schließt und somit die Walzendruckregelung in Gang setzt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der an den Walzenstirnseiten vorgesehenen Hydraulik-Kolben-Zylinderanordnungen (33) mit ihren Klemmkammern (11a, b, c, d) individuell über feist voreingestellte Druckreduzierventile (13a, b, c, o^und die Lösekammern (12a, b, c, d) über ein gemeinsames Gegendruckreduzierventii (14) an eine Hauptdruckquelle (P) angeschlossen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckreduzierventil (14) über einen Servoantrieb (29) an den Druckregler (19) angeschlossen ist.

8. Einrichtung f,iach einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturregler ein PDPI-Regler (17) ist und daß jede Walze einen solchen PDPI-Regler mit Sollwertverstellung aufweist,

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadarch gekennzeichnet, daß im Temperaturregler (17) eine Anfahrschaltstufe (XTb) vorgesehen ist, welche beim Betriebsbeginn bis zur Aufheizung der Walzen (15, 16) die Kaltwasserzufuhr (K) ab- und eine Warmwasserzufuhr (!^einschaltet

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze (15, 16) einen Temperaturregler (17, 17') mit einstellbarer Solltemperatur aufweist, wobei ein Regler (17) als Führungstemperaturregler für die Führungstemperatur (Ti) dient

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem der geführten Temperaturregler (17') eine Differenztemperatur-Einstellstufe (34) angeordnet ist, der auch ein Temperatursignal (T\) vom Führungstemperaturreeler (17) zugeführt ist und weiche die Differenztemperatur zur Führungstemperatur addiert bzw. von ihr subtrahiert, und daß das Ausgangssignal (T₂s) als Temperatursollsignal dem weiteren Temperaturregler (17') zugeführt ist, wobei diesem Temperaturregler (17') das Ist-Temperatursignal von der zugeordneten Walze (16) zugeführt ist und das Ausgangssignal (ST₂) das Kühlungs- bzw. Heiz-Steuersignal bildet

12. Einrichtung nach einem der Anspruches bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungstemperaturregler (17) einen Sollwertgeber (20) aufweist, dem ein Signal des Spaltbreitengebers (31) überlagert werden kann.