DE3340683A1 - Einrichtung zur beheizung einer bei der papierherstellung verwendeten walze, wie z.b. kalanderwalze, sowie eine an dieser einrichtung verwendete walze und deren anwendung - Google Patents
Einrichtung zur beheizung einer bei der papierherstellung verwendeten walze, wie z.b. kalanderwalze, sowie eine an dieser einrichtung verwendete walze und deren anwendungInfo
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Description
08.11.1983 - Ok Akte: VA 1145
Anmelder:
Valmet Oy SF-00130 Helsinki 13, F innland .
Einrichtung zur Beheizung einer bei der Papierherstellung verwendeten Walze, wie z. B. Kalanderwalze, sowie eine an
dieser Einrichtung verwendete Walze und deren Anwendung.
08.11.1983 - Ok Akte: VA 1145
Anmelder:
Valmet Oy
Sr-00130 Helsinki 13,
Finnland
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur induktiven Beheizung einer bei der Papierherstellung verwendeten
Walze, wie z. B. Kalanderwalze, unter Ausnutzung von Wirbelströmen, wobei Polschuhvorrichtungen verwendet werden, die
mit elektromagnetischen Spulen ausgerüstet sind.
Außerdem betrifft die Erfindung eine elektromagnetisch mit Hilfe von Wirbelströmen beheizte Walze, wie z. B.
Kalanderwalze sowie deren Anwendung.
Kalanderwalzen und Trockenzylinder der Trockenpartie einer Papiermaschine wurden bisher mit Druckflüssigkeit oder
Dampf beheizt. Da bei dieser Beheizung Temperaturen von über 1000C erreiGftt werden müssen, treten bei der Verwendung von
Dampf DichtungssGhwierigkeiten auf. Außerdem sind diese bekannten beheizten Walzen in der Herstellung teuer, da sie als
Druckbehälter ausgeführt werden müssen. Eine Walzenbeheizung mit Druckmedium ist auch vom Wirkungsgrad her schon teilweise
deshalb ungünstig, weil dabei große Massen zu beheizen sind. Weiterhin bringt die Regelung des Temperaturprofiles in Axialrichtung
der Walzen Schwierigkeiten mit sich.
Zur Erzielung einiger Sonderzwecke wurde in der FI-Anmeldung
Nr. 812697 eine elektromagnetisch beheizte Walze, speziell Kalanderwalze, beschrieben, die einen aus ferromagnetischem
Material bestehenden Mantel und einen gegen diesen induktiv Wirbelströme erzeugenden Magneten hat. In
dieser Anmeldung wurde als neu angesehen, daß mehrere Magnete in axialer Richtung in nebeneinander liegenden und in wenigstens
den Außenumfang des Arbeitsbereiches freilassenden Blöcken angebracht wurden, daß sich der der Änderung des
magnetischen Flusses in jedem der Blöcke oder jeder n.lockgruppe
entsprechende Sollwert im Walzenmantel getrennt ändern läßt, daß mindestens ein Temperatur-Meßwertgeber verwendet
wird, der einen der Istwerttemperatur der Außenfläche des Walzenmantels entsprechenden Meßwert zweier verschiedener,
in axialer Richtung auseinanderliegender Stellen angibt und daß ein Steuerkreissystem gebildet wurde, das die Sollwerte
aufgrund der Meßwerte und des vorgegebenen Temperaturprofiles der Außenfläche des Walzenmantels ändert.
Ein Nachteil der Beheizungseinrichtung nach genannter FI-Anmeldung Nr. 812697 besteht jedoch darin, daß dabei
eine Walze mit verhältnismäßig dickem Mantel zu beheizen ist und, daß der Innenraum des Walzenmantels elektrischen Heizvorrichtungen
oder dergleichen vorbehalten ist, weshalb an der Walze keine bekannten und in der Praxis bewährten z. B.
an Kalanderwalzen unentbehrlichen Regel- oder Kompensationsvorrichtungen für die Walzendurchbiegung angebracht werden
können. In genannter FI-Anmeldung wurde auch als Wichtigstes ein geschlossenes Regelsystem dargestellt, bei dem die
Walzentemperatur an verschiedenen Stellen in axialer Richtung der Walze erfaßt wird und aufgrund dieser Messungen die Regelung
des Temperaturprofils durchgeführt wird. Da hierbei jedoch eine Walze mit verhältnismäßig dickem Mantel verwendet
wird und verhältnismäßig große Massen zu beheizen sind, wird dadurch eine nachteilige Verzögerung im betreffenden Regelungssystem
verursacht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die im vorstehenden beschriebenen Nachteile zu
vermeiden und eine Wirbelstrombeheizungseinrichtung neuer Art und eine daran verwendete Walze zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung hat weiter zur Aufgabe, einen Maschinenkalander oder Superkalander neuer Art zu
schaffen, in dem sich die Heizwirkung und die Regelung des Heizprofiles günstiger als bisher nutzen läßt. Zweck der
Erfindung ist außerdem, eine Vorrichtung zu schaffen, die sich leicht warten läßt und sich außerdem leicht an modernen
Kalandern anbringen läßt, ohne daß an diesen wesentliche konstruktive Änderungen durchgeführt werden müssen.
Zur Erreichung der genannten und später deutlich werdenden Ziele ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch,
daß die Wirbelstrombeheizung mit genannten Vorrichtungen, von der Walze aus gesehen nur von außen her,
nur auf die aus ferromagnetischem Material bestehende Außenschicht
der Walze, wie z. B. Kalanderwalze, gerichtet wird.
Für die elektromagnetisch mit Hilfe von Wirbelströmen beheizte Walze, wie z. B. Kalanderwalze ist im wesentlichen
charakteristisch, daß die Walze aus einem tragenden Innenkörper, einer darauf angebrachten, aus magnetisch
leitendem Material hergestellten Wärmeisolierschicht und einem auf letztgenannter Schicht angebrachten, aus ferromagnetischem
Material bestehenden Außenmantel besteht, auf den die induktive Wirbelstrombeheizung von außen her gerichtet
und auf den sie begrenzt ist.
Die im vorstehenden dargestellte Beheizungseinrichtung und/oder Walze wird erfindungsgemäß als einzelne oder
zu mehreren Walzen, zweckmäßig als Ober- und/oder Unterwalze, eines Kalanderstapels eines Papierkalanders verwendet.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf einige in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte
Ausfuhrungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung nicht begrenzt ist, ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen mit einer erfindungsgemäßen
Beheizungseinrichtung versehenen Kalander in vertikalem Teilschnitt.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der Magnetisierungsvorrichtungen als durch die Kalanderwalzendrehachse
gelegten Teilschnitt.
Fig. 3 zeigt das gleiche wie Fig. 2 als waagerechten Schnitt.
Fig. 1I zeigt nach Art von Fig. 3 eine andere Variante
für die Anordnung der Magnetisierungspole.
Fig. 5 zeigt das gleiche wie Fig. *l aus entgegengesetzter
Richtung gesehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Maschinenkalander dargestellt, der ein sog. On-machine-Kalander ist. Der Kalander
besteht aus einem aus Kalanderwalzen 10, 11, 12 und 13 gebildeten Kalanderstapel. Die Walzen 10 bis 13 sind
Kalanderwalzen mit harter Oberfläche und in an sich bekannter Weise an einem Ständer gelagert und mit Antrieben versehen.
Die Ständer- und Antriebsvorrichtungen zählen nicht zur vorliegenden Erfindung und sind deshalb nicht gezeigt. Die
Walzen 10, 11, 12, 13 bilden paarweise harte Kalandrierspalte N-j, N2 und N3, die von der aus der Papiermaschine kommenden
zu kalandrierenden Bahn W in der in Fig. 1 dargestellten Weise durchlaufen werden. Der Zulauf der Bahn W in den Kalander
ist mit W^n und der Auslauf entsprechend mit WOut
gekennzeichnet. Die Walzen 10 bis 13 können in an sich bekannter Weise durchbiegungskompensierte oder - geregelte Kalanderwalzen
sein. In den harten Preßspalten N^, N2 und N3
erfolgt sowohl das Oberflächenglätten von Bahn W als auch das Ausgleichen (Kalibrieren) der Dicke von Bahn W. Die Spalte
N-j, N2, N3 und die Mittelachsen der Walzen 10 bis 13 liegen
in-derselben Vertikalebene P-P.
Zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der zu kalandrierenden Papierbahn W ist die oberste Walze 10 des
Kalanderstapels nach Fig. 1 erfindungsgemäß als Walze mit induktiver Wirbelstrombeheizung ausgeführt, deren Oberflächentemperatur
aufgrund dieser Beheizung wesentlich über die Temperatur von Bahn W, z. B. über 1000C angehoben wird. Für
die induktive Beheizung ist nach Fig. 1 und 2 über der Walze 10 in der Ebene P-P ein Balken 26 angebracht, an dem mehrere
Polschuhvorrichtungen 20·|, 202...20jj befestigt sind. Balken
26 wird an beiden Enden von Stutzvorrichtungen 25 abgestützt, die nur schematisch dargestellt sind. Als Stützvorrichtungen
können z. B. Hydraulikzylinder oder pneumatische Bälge dienen, mit denen die Wirbelstrombeheizungeinrichtung insgesamt
von ihrem Platz fortbewegt und der Luftspalt Δ bei Bedarf passend eingestellt werden kann. Jede dieser Vorrichtungen
20 wird aus aus magnetisch weichem Material hergestellten Plattenpaketeisenkernen 22 gebildet, deren Platten zur Verhinderung
von Wirbelstromverlusten in an sich bekannter Weise voneinander isoliert sind. Die gegen die Außenfläche der
Walze 10 gerichteten Polflächen 23 der Eisenkerne 22 befinden sich in einem kleinen Luftabstand Δ von der Außenfläche der
zu beheizenden Walze 10. An den Eisenkernen 22 befinden sich Magnetisierungsspulen 211, 212···21ν, von denen jede mit
einem geregelten Strom I-j, Ι2...ΙΝ aus einer Stromquelle 100
beschickt wird. Die Wirbelstromheizvorrichtung erstreckt sich über die ganze Länge der Walze 10.
-ΙΟΙ Erfindungsgemäß wird an der Wirbelstromheizvorrichtung
eine spezielle isolierte Walze 10 eingesetzt. Nach Fig. 1 bis 3 besteht diese Walze 10 aus einem rohrförmigen Innenkörper
1*1, der z. B. aus Gußeisen ist und in dessen Innenraum
18 in an sich bekannter Weise auf Hydraulikzonen und/oder mechanischen Schleifschuhen beruhende Walzendurchbiegungskompensations-
oder -regelvorrichtungen angeordnet werden können. Auf den Körper IM ist eine rohrförmige Wärmeisolierschicht
15 aufgebracht, die aus magnetisch nichtleitendem Material, wie z. B. Teflon (PTFE) oder Beton besteht und
gegen die auftretenden Temperaturen beständig ist. Auf der Schicht 15 befindet sich ein magnetisch leitendes ferromagnetisches
Material, wie z. B. ein aus Eisen oder Stahl bestehender Außenmantel 16, dessen Wandstärke d-| (Fig. 2) so klein
ist, wie es von den mechanischen Belastungen her möglich ist. Der Außenmantel 16 wird mit durch magnetischen Fluß B hervorgerufenen
Wirbelströmen hoher Frequenz beheizt, welche mit Hilfe von Spulen 21 erzeugt werden. Die Magnetisierungsströme 11, Ι2·..1υ der Spulen 21 sind entweder Gleich- oder
Wechselstrom (zweckmäßig dreiphasig) oder eine Kombination davon. Die Frequenz der Wirbelströme im Walzenmantel 16 wird
teils durch die Drehgeschwindigkeit der Walze 10 und teils durch die Frequenz der Magnetisierungswechselströme bestimmt.
Die Magnetisierungsfrequenz f wird derart ausgeführt, bei Bedarf geregelt, daß die Eindringtiefe des magnetischen
Flusses B im Mantel 16 im wesentlichen genauso groß ist wie die Dicke di des Außemantels 16. Die Dicke d-| des Außenmantels
liegt im allgemeinen im Bereich 1...50 mm, wobei der Durchmesser der Walze 10 400...1000 mm beträgt. Entsprechend
liegt die Dicke der z. B. aus Teflon bestehenden Isolierschicht 15 bei d2 = 10...100 mm. Der Zwischenmantel 15 verhindert
eine durch den magnetischen Fluß B und die Wirbelströme verursachte Wärmeübertragung wesentlichen Umfanges
auf den Walzenkörper 14.
In Fig. 2 bis 5 sind einige Alternativlösungen für die verschiedene Anordnung der Magnetschuhe der Wirbelstrombeheizungsvorrichtungen
dargestellt. Nach Fig. 1 bis 3 haben die Eisenkerne 22 zwei Polflächen 23, durch welche sich die
magnetischen Flüsse im Mantel 16 der Walze 10 in in Fig. 3 gezeigter Weise schließen, wonach die Polflächen 23' in einem
auf eine senkrecht zur Mittelachse der Walze 10 stehende Vertikalebene bezogenen Winkel α paarweise überlappend angeordnet
sind. Mit dieser überlappenden Anordnung der Polflächen 23' wird erreicht, daß sich die Heizwirkung der Wirbelströme
gleichmäßig über die ganze Länge der Walze verteilt.
In Fig. 4 und 5 ist eine alternative Art der Überlappung
der an den Walzen 10, 13 angeordneten Polflächen gezeigt. Die Polflächen 24 befinden sich symmetrisch zu
beiden Seiten der Mittelebene P-P und in bestimmter axialer Überlappung L zueinander.
In der Konstruktion nach Fig. 1 bis 5 sind die Eisenkerne
22 symmetrisch zur Vertikalachse P-P des Kalanders angeordnet, wodurch die im Luftspalt Δ von den Magnetfeldern
hervorgerufenen Kraftwirkungen kompensiert werden.
Nach Fig. 1 ist die Wirbelstrombeheizungsvorrichtung oberhalb der obersten Walze 10 des Kalanderwalzenstapels
symmetrisch zur vertikalen Mittelebene P-P angeordnet. Damit wird die Heizwirkung im ersten Preßspalt Ni auf Bahn W
gerichtet und die folgenden Spalte N2 und N3 können zum Kalibrieren
der Dicke der Papierbahn W verwendet werden. 30
Nach Fig. 1 sind an der Walze 11 außerdem mit Spulen 31 versehene Magnetisierungsvorrichtungen 30a und 30b auf
gleicher Ebene zueinander entgegengesetzt angeordnet, wodurch
deren Kraftwirkungen gegeneinander aufgehoben werden. Walze 11 kann der Walze 10 ähnlich oder alternativ eine normale
Kalanderwalze sein. Die Wirbelstrombeheizungsvorrichtungen
30a und 31 lassen die Heizwirkung durch Bahn W hindurchgehen.
Die Vorrichtungen 30a und 30b sind vielfach entbehrlich. Dagegen kann vorteilhaft sein, eine Vorrichtung, die der auf
Walze 10 angebrachten Wirbelstrombeheizungsvorrichtung entspricht, unter der Walze 13 symmetrisch zur Ebene P-P anzuordnen,
womit die Bahn W auch im letzten Spalt N3 des Kalanders
beheizt wird. Dabei ist Walze I3 eine gleiche Walze wie
die im vorstehenden beschriebene Walze 10, die als Wärmeisolierung eine magnetisch nicht-leitende Wärmeisolierungsschicht
15 hat.
Erfindungsgemäß ist es möglich, zum Kalandrieren die Regelung des Temperaturprofiles durch Regeln der Stärke
und/oder Frequenz der einzelnen Magnetisierungsströme I-|, Ι2···Ιν auszuführen. An der Stromquelle 100 können in an
sich bekannterweise Regeltransformatoren, Regelumformer und/oder Frequenzumformer angeordnet werden.
Mit der Erfindung werden in der Praxis viele Vorteile erzielt. Bei erfindungsgemäßer Verwendung einer
schlecht wärmeleitenden und magnetisch nicht-leitenden Isolierschicht 15, die sich unter einer verhältnismäßig dünnen
magnetisch leitenden Außenschicht 16 befindet, wird in der wirbelstrombeheizten Walze 10, 13 ein besonders guter Wirkungsgrad
der Heizung erzielt, da sich die Heizung nur auf die Oberschichten und nicht auf die übrigen Bauteile der
Walze auswirkt. Da die Kalandrierspaltbereiche kurz und damit die Verweilzeit in diesen klein ist, wird die Beheizung
der Bahn W von der Oberflächentemperatur der Walze bestimmt.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Verwendung einer äußeren Heizvorrichtung der
Innenraum 18 der Walze 10 den Durchbiegungskompensations-
1 oder -regelungsvorrichtungen vorbehalten bleibt. Ein wichtiger Vorteil ist auch die Regelungsmöglichkeit des Temperaturprofils.
Auch ist möglich - wenn auch oft nicht erforderlich - eine Oberflächentemperaturmessung an verschiedenen
Stellen in axialer Richtung an der Walze 10 vorzusehen und diese Meßvorrichtungen an ein geschlossenes Regelsystem
anzuschließen, mit dem entweder ein gleichmäßiges oder ein bestimmtes vorgegebenes Temperaturprofil in Axialrichtung
der Kalandrierwalze 10 verwirklicht werden kann.
Eine mit der erfindungsgemäßen Isolierschicht 15 versehene Walze läßt sich mit verschiedenen Techniken herstellen.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Innenkör.per 11 getrennt herzustellen und ihn danach mit einer Isolierschicht
15 zu versehen und danach den vorgefertigten zylinderförmigen Außenmantel 16 darauf aufzuziehen nachdem dieser
auf eine Temperatur aufgewärmt worden ist, die bedeutend über der Betriebstemperatur (nach der Wirbelstrombeheizung)
der Beschichtung 16 liegt. Danach wird beim Abkühlen des Zylinders 16 eine zuverlässige Preßverbindung zwischen den
Teilen 14, 15 und 16 erzielt.
Wenn die erfindungsgemäße Walze 10, 13 als oberste
oder unterste Walze des Kalanderstapels verwendet wird, kann auch zugelassen werden, daß sich der Außenmantel 16 aufgrund
des Temperaturanstieges ausdehnt und sogar vom Zwischenmantel 15 löst.
^- Leerseite
BAD ORfGlNAL
Claims (10)
1.^Einrichtung zur induktiven Beheizung einer bei
der Papiernerstellung verwendeten Walze, wie z. B. Kalanderwalze,
(10; 11; 13), unter Ausnutzung von Wirbelströmen, wobei Polschuhvorrichtungen (20^, 202·..20ν, 23) verwendet
werden, die mit elektromagnetischen Spulen (21) ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombeheizung
mit genannten Vorrichtungen, von der Walze (10; 11; 13) aus gesehen nur von außen her, nur auf die aus ferromagnetischem
Material bestehende Außenschicht (16) der Walze (10; 11; 13), wie z. B. Kalanderwalze, gerichtet wird.
2. Walzenbeheizungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsvorrichtung
aus mehreren nebeneinander angeordneten, mit Magnetisierungsspulen (211, 212··.21ν>
versehenen Eisenkernen (22) besteht, von denen jeder zur Beherrschung des in Axialrichtung der
Walze (10; 13) verlaufenden Temperaturprofils mit einem in seiner Stärke und/oder Frequenz regelbaren Magnetisierungsstrora
(Ii, 12...Im) beschickt werden kann.
3. Walzenbeheizungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Polschuhvorrichtungen
(2O1, 202··.2On, 23) aus mindestens zwei Polflächen
(23; 23«; 2M) besteht, über deren Spalt (Δ), dessen
gegenüberliegende Seite von der Außenseite der Walze (10) begrenzt wird, der durch Wirbelströme hervorgerufene magnetische
Fluß (B) am Außenmantel (16) des Mantels von Walze (10) geschlossen wird und die Polflächen (23; 23'; 24) in
bestimmten axialen und/oder radialen Abständen paarweise zueinander liegen.
4. Walzenbeheizungseinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinanderliegenden Polflächen
(23'; 24) der Polschuhvorrichtungen (201, 202·..2On
in Axialrichtung von Walze (10) derart überlappend (L) ange ordnet sind, daß über die ganze Walzenlänge ein ausreichend
gleichmäßig verteiltes Wirbelstromfeld erzeugt wird (Fig. 3 und 4).
5. Elektromagnetisch mit Hilfe von Wirbelströmen beheizte Walze, wie z. B. Kalanderwalze (10; 13), dadurch
gekennzeichnet, daß die Walze (10; 13) aus einem tragenden Innenkörper (14), einer darauf angebrachten, aus magnetisch
leitendem Material hergestellten Wärmeisolierschicht (15) und einem auf letztgenannter Schicht (15) angebrachten, aus
ferromagnetischem Material bestehenden Außenmantel (16) besteht, auf den die induktive Wirbelstrombeheizung von außen
her gerichtet und auf den sie begrenzt ist.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Isolierschicht (15) aus einem magnetisch nicht
leitenden und wärmeisolierenden Material, wie z. B. Teflon (PTFE) oder dergleichen besteht.
7. Walze nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke genannter Isolierschicht (15)
im „Bereich zwischen 10...100 mm und die Dicke des genannten
magnetisch leitenden Außenmantels (16) im Bereich 1...50 mm liegt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 1J und/oder
Anwendung einer Walze nach Anspruch 5 bis 7 als einzelne oder zu mehreren Walzen eines Kalanderstapels eines Kalanders,
zweckmäßig als Ober- und/oder Unterwalze (10, 13).
9. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß genannte berührungslose Wirbelstrombeheizungseinrichtung
zwecks Eliminierung der KrafteinflUsse des von der Wirbelstrombezeichnung erzeugten magnetischen Flusses (B) '
auf der Oberseite der obersten Kalanderwalze (10) des Kalanderwalzenstapels und/oder an der Unterseite der untersten
Kalanderwalze (13) im wesentlichen symmetrisch zur Vertikalmittelebene (P-P) des Kalanderstapels angebracht ist.
10. Anwendung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßspalte (N2, N3), die nicht mit
induktiver Wirbelstrombeheizung versehen sind, im Kalander hauptsächlich zum Kalibrieren der zu kalandrierenden Bahn (W)
verwendet werden.
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