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Heizbare Walze
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Zusatz zu Patentanmeldung P 34 00 087.9-12 Die Erfindung betrifft
eine heizbare Walze, im einzelnen mit den Merkmalen, die im Oberbegriff des Anspruches
1 angegeben sind. Walzen dieser Art sind bekannt aus der US-PS 3 182 587.
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Eine der dort beschriebenen Walzen ist mittels einer Flüssigkeit und
eine andere mittels elektrischer Widerstands-Heizelemente heizbar.
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Die zuerst genannte Walze (Fig. 3 bis 5) hat in ihrem Innenraum mehrere
über die Walzenlänge verteilte Flüssigkeitskammern.
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Eine mit dem Walzenkörper rotierende und allen Flüssigkeitskammern
gemeinsame Hauptleitung ist über eine Drehkupplung mit einer außenliegenden feststehenden
Flüssigkeitszuführleitung verbunden. Für jede Flüssigkeitskammer ist ein Heizleistungssteller
in Form eines elektrisch verstellbaren Ventils vorgesehen. Jedes dieser (mit dem
Walzenkörper umlaufenden) Ventile ist einerseits mit der Hauptleitung und andererseits
mit einer der Flüssigkeitskammern verbunden. Das Steuern der Ventile erfolgt
mittels
elektrischer Steuersignale. Hierzu ist eine als Schleifringanordnung ausgebildete
Signal-Übertragungseinrichtung vorgesehen, welche die Steuersignale von außen auf
den drehbaren Walzenkörper überträgt.
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Die andere aus der genannten Schrift bekannte Walze (Fig. 6) hat mehrere
über die Walzenlänge verteilte elektrische Widerstandsheizelemente und eine entsprechende
Anzahl von Schleifringen zum Zuführen des elektrischen Heizstromes. Gemäß Spalte
5 Zeilen 33 bis 39 und Fig. 7 der US-PS kann diese bekannte Walze dahingehend abgewandelt
werden, daß innerhalb des drehbaren Walzenkörpers für jedes elektrische Heizelement
ein Heizleistungssteller vorgesehen ist, dem über je einen Schleifring ein von außen
kommendes Steuersignal zuführbar ist. Dabei ist angenommen, daß zur Ubertragung
des elektrischen Heizstromes für sämtliche Heizelemente nur zwei (bei Verwendung
von Wechselstrom) oder nur drei (bei Verwendung von Drehstrom) Schleifringe erforderlich
sind, und daß für die Übertragung der Steuersignale kleinere Schleifringe verwendet
werden können als für die Ubertragung des Heizstromes. Beiden bekannten Walzen ist
gemeinsam, daß für jedes einzelne Heizelement ein separater Schleifring erforderlich
ist. Falls diese Schleifringe den Heizstrom übertragen müssen, sind sehr breite
Schleifringe mit großem Platzbedarf erforderlich. Aber auch bei Verwendung verhältnismäßig
kleiner Schleifringe, die nur die elektrischen Steuersignale übertragen müssen,
kann nur eine begrenzte Anzahl von Schleifringen an der Walze angeordnet werden.
Dementsprechend ist auch die Anzahl der unabhängig voneinander steuerbaren Heizelemente
begrenzt.
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Der Hauptanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff
des Anspruches 1 angegebene Walze dahingehend weiter zu entwickeln, daß beliebig
viele unabhängig voneinander steuerbare Heizelemente in der Walze angeordnet werden
können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Danach wird aie von den Walzen der US-PS 3 182 587 bekannte Methode
benutzt, wonach die Einstellung der Heizleistung jedes einzelnen Heizelementes innerhalb
des drehbaren Walzenkörpers stattfindet. Es ist nämlich durchaus möglich, eine verhältnismäßig
große Anzahl von Heizleistungsstellern innerhalb des Walzenkörpers unterzubringen.
Dies gilt besonders dann, wenn (im Falle einer elektrisch heizbaren Walze) als Heizleistungssteller
elektronische Relais (z.B. Lastrelais) verwendet werden, von denen jedes nur wenig
größer als eine Streichholzschachtel ist (siehe SIEMENS, Relais Datenbuch 1983/84,
Seiten 36.1 bis 36.ei). In jedem Fall sind diese Heizleistungssteller, wie im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegeben ist, innerhalb des Walzenkörpers an eine Heizenergie-Hauptleitung
angeschlossen und über eine Signal-Übertragungseinrichtung mit einer außerhalb des
Walzenkörpers befindlichen Kommandozentrale verbunden.
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Gemäß dem Gedanken der Hauptanmeldung ist nun diese Signal-Übertragungseinrichtung
als ein sogenannter serieller Signalkanal ausgebildet. Hierbei wird von der an sich
bekannten Methode Gebrauch gemacht, eine Vielzahl verschiedener, paralleler (d.h.
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gleichzeitig gebildeter) Steuersignale in eine sogenannte serielle
Signalfolge umzuwandeln.
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Gemäß der Hauptanmeldung P 34 00 087.9-12 wird aus den parallelen
Steuersignalen eine einzige serielle Signalfolge gebildet, so daß für die Weiterleitung
der seriellen Signalfolge nur ein einziges Leitungs-Paar erforderlich ist. Gegenstand
dieser Zusatzanmeldung ist es, wie später im einzelnen erläutert werden wird, nebeneinander
eine kleine Anzahl (z.B. acht) serieller Signal folgen zu erzeugen und für jede
dieser Signal folgen eine eigene Leitung vorzusehen (siehe Anspruch 3).
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Zur Übertragung der seriellen Signalfolge (oder mehrerer serieller
Signalfolgen) auf die rotierende Walze können wiederum Schleifringe oder berührungslose
Elemente verwendet werden. In jedem Fall besteht ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Bauweise darin, daß in dem Walzenkörper eine außerordentlich
große
Anzahl einzelner Heizelemente vorgesehen werden kann und daß diese alle unabhängig
voneinander gesteuert werden können. So ist es beispielsweise möglich, bei einer
Länge des Walzenmantels von ungefähr 10 m ungefähr 100 einzelne Heizelemente (vorzugsweise
in gleichen Abständen) in dem Walzenkörper anzuordnen. Trotzdem werden für das Übertragen
der Steuersignale auf den umlaufenden Walzenkörper - dank der Anwendung der seriellen
Signaltechnik - bei Verwendung einer Schleifring-Anordnung nur sehr wenige Schleifringe
(im günstigsten Fall nur zwei) benötigt. Bei Verwendung einer Einrichtung zur berührungslosen
Signalübertragung ist diese ebenfalls wesentlich einfacher.
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Die Grundlagen der seriellen Signaltechnik sind an sich bekannt aus
dem Buch von Lesea/Zaks Mikroprozessor Interface Techniken" 3. Ausgabe 1982, SYBEX-Verlag;
englische Originalausgabe: Microprocessor Interfacing Techniques" von Sybex Inc.,
Berkeley, USA. Im Falle der Erfinaung wird außerhalb des Walzenkörpers, beispielsweise
in der feststehenden Kommando-Zentrale, aus den dort nebeneinander gebildeten Steuersignalen
mit Hilfe eines Parallel-Seriell-Wandlers wenigstens eine serielle Signalfolge gebildet
und diese auf die rotierende Walze übertragen. Dort wird diese serielle Signalfolge
mit Hilfe eines (umgekehrt arbeitenden) mit dem Walzenkörper rotierenden Seriell-Parallel-Wandlers
wieder in parallele Steuersignale umgewandelt, die den verschiedenen Heizleistungsstellern
zugeführt werden.
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Eine berührungslose Signalübertragung auf die drehbare Walze kann
in verschiedener Weise realisiert werden. Beispielsweise kommt die Verwendung optischer
oder induktiver oder kapazitiver Übertragungselemente in Betracht. Hierzu gehört
auch die bekannte Funk-Ubertragung.
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Die erfindungsgemäße Walze ist unter anderem geeignet für Glättwerke
von Papiermaschinen, auch für sogenannte Heißglättwerke, oder für Papierkalander,
unter anderem auch für sogenannte
Superkalander. Wird die Walze
in einer Papiermaschine eingesetzt, so kann der Abstand zwischen den Heizelementen,
also die Länge der Heizzonen, gleich dem Abstand zwischen den Verstellspindeln des
Stoffauflaufs der Papiermaschine sein.
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Bei den genannten Anwendungen bildet die erfindungsgemäße Walze zusammen
mit einer Gegenwalze einen Preßspalt, durch den die zu behandelnde Papierbahn hindurchläuft.
Dabei ist es häufig erforderlich, die Dicke der durchlaufenden Papierbahn über die
Bahnbreite (das sogenannte Dicken-Querprofil) zu vergleichmäßigen. Oder ein schon
gleichmäßiges Dicken-Querprofil soll beim Durchlauf der Papierbahn durch den Preßspalt
erhalten bleiben.
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Hierzu ist es bekanntlich erforderlich, den Durchmesser der Walze
in einzelne Zonen, die über die Bahnbreite verteilt sind, um kleine Beträge (Größenordnung
1/1000 bis 1/100 mm) zu verändern. Bisher hat man versucht, dies dadurch zu erreichen,
daß auf die Oberfläche der Walze Luft geblasen wird, die zonenweise unterschiedlich
gekühlt oder geheizt wird (US-PS 3 177 799).
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Ein Nachteil dieser Methode ist, daß die Durchmesser-Änderungen oft
nicht in dem gewünschten Ausmaß erzielbar sind. Außerdem verursacht die Zuführung
von Warmluft ein schlechtes Raum-Klima Eine andere bekannte Methode zum zonenweisen
Beeinflussen der Temperatur des Walzenmantels benutzt für jede Zone einen "Magnetfeld-Erzeuger",
der bei rotierendem Walzenmantel in diesem Wirbelströme induziert (US-PS 4 384 514).
Ein Nachteil dieser Methode ist, daß Kräfte auf den Walzenmantel ausgeübt werden,
die eine unerwünschte Verbiegung des Walzenmantels verursachen.
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Man hat auch schon mit Hilfe einer sogenannten Durchbiegungseinstellwalze
versucht, das Dicken-Querprofil von Papierbahnen zu beeinflussen. Hierbei wird die
Linienkraft-Verteilung entlang dem Preßspalt dadurch variiert, daß der Walzenmantel
in einer bestimmten Weise durchgebogen wird (DE-OS 30 03 395 = US-PS 4 307 501).
Ein Nachteil dieser Methode ist, daß eine Änderung der Linienkraft nur in sehr breiten
Zonen möglich ist.
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Die Erfindung ermöglicht es dagegen, deutliche Durchmesser-A#nderungen
(und
somit eine Veränderung aer Linienkraft-Verteilung) auch innerhalb sehr schmaler
Zonen zu erzielen.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
5 bis 9 angegeben. Durch die verhältnismäßig schmale Ausführung der Heizelemente
gemäß Anspruch 7 kann bei Bedarf eine deutliche Variation des Walzendurchmessers
in ziemlich schmalen Zonen der Walzenmantellänge erzielt werden. Mit anderen Worten:
Es kann eine hohe Trennschärfe zwischen unterschiedlich beheizten (und hierdurch
unterschiedliche Durchmesser aufweisenden) Zonen erzielt werden. Diese Wirkung kann
noch verstärkt werden, wenn man gemäß Anspruch 8 oder 9 zusätzlich zu den Heizelementen
an der Außenseite des Walzenmantels an sich bekannte Kühlluft-Blasdüsen anordnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben.
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Die Figur 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine elektrisch heizbare
Walze.
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Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig.
1.
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Die Figur 3 zeigt einen Teillängsschnitt durch ein von Fig. 1 abweichendes
Ausführungsbeispiel.
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Die Figur 4 zeigt einen Teillängsschnitt durch ein weiteres aus der
Figur 1 abgeleites Ausführungsbeispiel.
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Gemäß Fig. 1 hat ein drehbarer Walzenkörper einen rohrförmigen Walzenmantel
10, an dessen Ende ein Lagerhals 11 befestigt ist.
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Ein Lager 12 ist nur symbolisch dargestellt. Am gegenüberliegenden,
nicht sichtbaren Ende des Walzenkörpers ist ebenfalls ein Lagerhals und ein Lager
vorhanden.
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An der Innenseite des Walzenmantels sind mehrere über die Walzenlänge
verteilte elektrische Heizelemente 13 vorgesehen. Diese Heizelemente sind als in
sich geschlossene Ringe ausgebildet. Jedes dieser Heizelemente wird durch einen
offenen (aufgeschlitzten) Spannring 43 und bei Bedarf zusätzlich durch die Kraft
einer Feder 14 an die Innenfläche des Walzenmantels 10 angedrückt. Hierzu kann es
zweckmäßig sein, die ringförmigen Heizelemente 13 aus einem Grundmaterial zu bilden,
das sich leicht elastisch verformen läßt, z.B. aus Asbest. Jeder Spannring 43 ist
beispielsweise über eine Halterung 15 an einem Tragrohr 16 befestigt, das sich konzentrich
durch das Innere des Walzenkörpers erstreckt. Die Heizelemente 13 und die Spannringe
43 können somit außerhalb des Walzenkörpers auf dem Tragrohr 16 befestigt und sodann
gemeinsam in den Walzenmantel 10 eingesetzt werden.
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Zur Stromversorgung und zur Steuerung der Heizleistung der Heizelemente
13 dienen eine Wechselstromquelle 20, eine Kommando-Zentrale 21 (die beide außerhalb
des Walzenkörpers angeordnet sind), eine am Lagerhals 11 angeordnete Schleifring-Anordnung
22 und eine mit dem Walzenkörper rotierende elektronische Steuereinheit 23. Ein
Leiterpaar 24, 25; 24', 25' verbindet die Stromquelle 20 über zwei breite Schleifringe
22a mit dem Inneren des Walzenkörpers. Für jedes Heizelement 13 ist ein Heizleistungssteller
9 vorgesehen. In der Zeichnung sind hiervon (der Übersichtlichkeit halber) nur drei
Stück dargestellt. Sie sind alle über die sogenannte Hauptleitung 27 für den Gesamt-Heizstrom
an die Leitung 24' angeschlossen. Jeder Heizleistungssteller 9 ist über eine ihm
eigene Ausgangsleitung 28 mit dem ihm zugeordneten Heizelement 13 verbunden. Außerdem
ist jedes Heizelement an die Rückleitung 25' angeschlossen.
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In der Kommando-Zentrale 21 kann für jedes Heizelement 13 (im einfachsten
Fall mit Hilfe einer handbetätigten Stelleinrichtung 30) ein Steuersignal gebildet
werden. Eine andere Möglichkeit ist, daß diese Steuersignale durch ein Prozeßleitsystem
der Papiermaschine gebildet werden. Die Steuersignale werden in
einem
sogenannten Parallel--Seriell-Wandler 31 in eine serielle Signalfolge umgewandelt.
Diese wird über das Leiterpaar 32, 33; 32', 33' und über zwei schmale Signal-Schleifringe
22b einem Seriell-Parallel-Wandler 34 zugeführt, an den ein Speicher 35 angeschlossen
ist. Dort werden die seriellen Signale wieder in parallele Steuersignale umgewandelt,
die über die Leitungen 36 den einzelnen Heizleistungsstellern 9 zugeführt werden.
Zur Stromversorgung der elektronischen Bauelemente 34, 35 dient ein Netzgerät 26,
das über die Leitungen 24'L, 25' an die Wechselstromquelle 20 angeschlossen ist.
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Bei Bedarf können auf der Außenseite des Walzenmantels 10 Kühlluftblasdüsen
40 angeordnet werden. In Fig. 1 ist schematisch angedeutet, daß jedem Heizelement
13 eine solche Blasdüse zugeordnet ist. Die Blasdüsen (die in Fig. 2 weggelassen
sind) sind an eine nicht sichtbare Blasluftleitung angeschlossen und einzeln zu-
und abschaltbar.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß zur LJbertragung der (in dem wandler
31 gebiloeten) seriellen Signalfolge auf den ro#ierenden Walzenkörper nicht Schleifringe
sondern Elemente 51, 52 zur berührungslosen Signalübertragung vorgesehen sind. Im
einzelnen ist an einem Halter 50 ein Sender 51 (z.B. eine Lampe) derart befestigt,
daß er in der Walzenachse Signale (z.8. Lichtsignale) aussenden kann. An der mit
dem Walzenkörper rotierenden Steuereinheit 23 ist ein die Signale aufnehmender Empfänger
52 (z.B. eine Photozelle) koaxial zum Walzenkörper angeordnet. Die Leitungen 32
und 33 verbinden den Parallel-Seriell-Wandler 31 mit dem Sender 51. Die Leitungen
32' und 33' verbinden den Empfänger 52 mit dem Seriell-Parallel-Wandler 34. Somit
sind außer den Schleifringen 22a für den Gesamt-Heizstrom keine weiteren Schleifringe
erforderlich.
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Gemäß den Figuren 1 und 3, d.h. gemäß der Hauptanmeldung, wird zur
Übertraguny der Steuersignale auf den rotierenden Walzenkörper nur eine einzige
serielle Signalfolge verwendet. Zwar
ist diese Methode etwas langsamer
als die herkömmliche parallele Signal-Übertragung. Jedoch wird die Übertragungsgeschwindigkeit
für Papiermaschinen-Walzen im allgemeinen ausreichen.
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Sollte dennoch eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit gewünscht werden,
kann gemäß der Zusatzerfindung die Ausführungsform gemäß Figur 4 angewendet werden.
Die Figur 4 zeigt nur die wesentlichen Teile des Walzenkörpers 10, 11, das Lager
12, die Heizstrom-Zuführung 20, 24, 25, 22a sowie die Kommandozentrale 21. Die Heizelemente
13, die Heizleistungssteller 9 und die dazugehörenden Leitungen sind weggelassen.
In der Kommando-Zentrale 21 wird wieder für jedes Heizelement (mit Hilfe je einer
Stelleinrichtung 30) ein Steuersignal gebildet. Diese werden wieder einem Parallel-Seriell-Wandler
31' zugeführt, der die Steuersignale in mehrere parallele (beispielsweise acht)
serielle Signalfolgen umwandelt. Diese werden mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl
von Leitungen 83, Schleifringen 84 und Leitungen 85 einem Seriell-Parallel-Wandler
34' zugeführt, der mit dem Walzenkörper 10, 11 umläuft. In diesem Wandler 34' werden
die seriellen Signal folgen wieder in parallele Steuersignale umgewandelt, die wie
bei den ersten Ausführungsbeispielen den einzelnen Heizleistungsstellern zugeführt
werden.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um elektrisch
heizbare Walzen. Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip kann jedoch auch bei Walzen
mit anderen Heizungssystemen angewandt werden, beispielsweise bei einer Walze, die
ähnlich der US-PS 3 182 587, Figuren 3 bis 5, mittels einer Flüssigkeit heizbar
ist.