DE3604533A1 - Regelkreis mit elektrisch gespeister, waermeabstrahlender korrektureinrichtung zur querprofilkorrektur von materialbahnen, insbesondere papier-, karton-, textil- oder kunststoffbahnen - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von laufenden Materialbahnen, insbesondere Papier-, Karton-, Textil- oder Kunststoffbahnen, oder Bahnen aus einem beliebigen Gemisch der vorgenannten Materialien, werden nach dem Bahnbildungsteil noch folgende Forderungen an die Beeinflussung des Querprofils gestellt:

• a) Möglichst gutes Feuchte-Querprofil nach den Naßpressen, also etwa in der Mitte der Produktionsanlage, als eine der Voraussetzungen für optimale Trocknungsbedingungen.
• b) Möglichst gleichmäßiges Dicken-Querprofil am Ende der Produktionsanlage als Basis für nachfolgende Weiterverarbeitungsprozesse, oder:
• c) Möglichst gleichmäßiges Glätte-Querprofil am Ende der Produktionsanlage, ebenfalls für nachfolgende Weiterverarbeitungsprozesse als Basis dienend. Die Glättekorrektur ist direkt abhängig vom Dickenprofil und ist somit über dieses beeinflußbar.

Alle drei Forderungen führen zurück auf eine einheitlich einsetzbare Einflußgröße, nämlich den Abstand im Preßspalt von Walzenpressen quer zur laufenden Materialbahn. So ergibt sich durch Variation dieses Abstandes in den Naßpressen ein verschiedenes Feuchte-Querprofil, in Walzen-Glättpressen ein verschiedenes Dicken- und Glätte-Querprofil.

Als Stand der Technik ist bekannt, daß in den Anlagen zur Herstellung solcher laufenden Materialbahnen eine oder mehrere Walzenpressen installiert und in diesen Walzenpressen oftmals eine, vielmals aber auch mehrere oder alle Walzen aus Metall sind. Desweiteren ist bekannt, daß in solchen Anlagen Meßeinrichtungen installiert sind mit Meßwertaufnehmer, vorzugsweise traversierend, und einer Rechner- und Anzeigeeinheit. Mit diesen Meß- und Auswertungseinheiten wird, neben anderen Meßdaten, das Querprofil gemessen, die Messung ausgewertet und das Ergebnis davon zu weiteren Zwecken, Anzeige und/oder Korrektureingriffen, meßgerätetechnisch zur Verfügung gestellt. Als Korrekturmöglichkeiten sind bisher folgende Verfahrensarten bekannt und in der Anwendung, manuell oder automatisch einleitbar:

• a) Korrektur des Dickenquerprofils für die fertige, laufende Materialbahn durch Veränderung des Flächengewichtsquerprofils, durch Verstellung der Auslaufdüse am Stoffauflauf, also über Regelungseinleitung am Beginn der Bahnherstellung. Es wird dabei bewußt zugunsten des Dickenprofils eine Verschlechterung des Flächengewichtsprofils in Kauf genommen einschließlich den sich daraus ergebenden Nachteilen. Ferner sind Zonen schmäler ca 120 Millimeter nicht einstellbar.
• b) Korrektur des Querprofils für die laufende Materialbahn durch Profilkorrektur über "schwimmende" Walzen als Preßwalzen. In der Naßpartie, in Walzen-Entwässerungspressen, zur Beeinflussung des Feuchtequerprofils, und am Bearbeitungsende, in Walzen- Glättpressen, zur Beeinflussung des Dickenprofils. Es können aber nur Korrekturzonen eingestellt werden, die nicht schmäler als ca 500 Millimeter sind.
• c) Korrektur des Feuchtequerprofils über Dampfblaskasten im Bereich der Naßpressen. Durch zonenweise unterschiedliche Erwärmung der laufenden Materialbahn mittels zonenweise verschiedener Aufblasedampfmengen wird auch die Viskosiät des in der laufenden Materialbahn befindlichen Wassers zonenweise variiert. Letzteres bewirkt eine, quer zur Materialbahn, verschiedene Entwässerung in den Naßpressen und damit zonenweise Beeinflussung des Feuchtequerprofils durch viskositätsabhängig verschiedene Entwässerung. Es können aber nur Korrekturzonen eingestellt werden, die nicht schmäler als ca 300 Millimeter sind. Ferner wird durch die freigesetzte Dampfwärme der Umgebungsbereich der Aufblasstelle thermisch sehr stark belastet, wodurch nachteilig hoher Verschleiß auftritt.
• d) Korrektur des Feuchtequerprofils über zonenweise gesteuerte Infrarot-Strahlungsheizung zur Wasserverdampfung aus der laufenden Materialbahn. Korrekturzonen kleiner 500 Millimeter sind technisch kaum realisierbar, ferner ergibt sich hoher Verschleiß im Umgebungsbereich und letztendlich auch hohe Brandgefahr, wovon schon viele Brandschäden im Praxisbetrieb hergerührt haben.
• e) Korrektur des Dickenquerprofils für die fertige, laufende Materialbahn durch Profilkorrektur über Luftblasdüsen. Mit diesen wird, gegenüber der Umgebung, wärmere oder/und kältere Luft auf die Metallwalzen der in solchen Anlagen zur Glättung installierten Walzenpressen geblasen. Dadurch ergibt sich temperaturbedingt eine Veränderung des Durchmessers der so behandelten Metallwalze, was wiederum eine Korrektur des Dickenquerprofils bei der laufenden Materialbahn ergibt. Nachteile sind: Geringe Wirkungsgröße durch geringe spezifische Wärmemenge. Zonen schmäler als ca 200 Millimeter sind nicht realisierbar. Anfällige, ungenaue Steuermechanik. Störanfällig durch Schmutzpartikel. Lästig hoher Lärmpegel.
• f) Korrektur des Dickenquerprofils für die fertige, laufende Materialbahn durch Profilkorrektur mittels Walzenerwärmung durch induktiv wirkende Elemente, wie dies beispielsweise in der kanadischen Patentschrift Nr. 11 43 039 beschrieben ist. Dieses System ist von den bekannten das am exaktesten wirkende und auch am besten steuerbar. Als drei Nachteile sind aber abzuführen:
  • -Korrekturzonen unter 120 mm sind bautechnisch bedingt nicht realisierbar. Bei Superkalandern besteht aber ein Bedarf von Korrekturzonen mit ca 50 mm Breite.
  • -Die induktiv wirkenden Elemente benötigen Wechselstrom von 40 bis 60 kilo-Hz, folglich ist je Element ein Frequenzgenerator erforderlich. Bei einer Paiermaschine mit 6 Meter Arbeitsbreite bedingen die Frequenzgeneratoren einen Platzbedarf (außerhalb der Papiermaschine) von ca 5 Meter Länge, was sehr störend ist. Ferner sind die aufzuwendenden Kosten sehr hoch.
  • -Bei nichtmagnetischen Metallen ist das induktive Prinzip nicht wirksam. Die Edelstahlwalzen in den Naßpressen gehören beispielsweise dazu.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, einen Regelkreis anzugeben, mit dem die oben genannten Anforderungen zur Querprofilkorrektur erfüllt werden können. Ferner soll es gegenüber den bekannten Einrichtungen möglich sein, daß auch Korrekturzonen von nur 50 mm Breite möglich sind. Desweiteren soll die Korrekturwirkung unabhängig von der Materialart der Walzen sein und auch der Kosten- und Platzaufwand für beispielsweise Frequezgeneratoren soll entfallen. Die Korrekturelemente sollen mechanisch robust und gegen Stör- und Bedienungsfehler weitgehend unempfindlich sein.

Erfindungsgemäß sieht die Einrichtung für diese Anforderungen zur Korrektur des Querprofils wie folgt aus:
In der Anlage zur Erzeugung und/oder Veredelung einer laufenden Materialbahn ist im Bereich der Naßpressen und/oder im Bereich des Bearbeitungsendes ein Regelkreis installiert, der

• a) Meßwertaufnehmer, vorzugsweise traversierend, und eine Rechner- und Steuerimpulsgebereinheit aufweist, diese in bekannter Bauweise und
• b) ergänzt wird durch eine erfindungsgemäße, elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung, diese gerichtet auf eine oder mehrere Metallwalzen von Walzenpressen, zur Korrektur des Querprofils der laufenden Materialbahn.

Diese elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung besteht funktionell aus als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelementen, die über den Bereich der Breite der laufenden Materialbahn mit verschieden einstellbarer Intensität auf eine oder mehrere Metallwalzen der Walzenpresse(n) gerichtet sind und dadurch eine Korrektur des Querprofils der laufenden Materialbahn bewirkt wird durch verschieden starke Verdichtung der Bahn. Letzteres als Folge von zonenweise verändertem Durchmesser der Metallwalze(n) durch mittels Wärmestrahlung hervorgerufene, zonenweise Erwärmung der Metallwalze(n).

In Sonderfällen, vorzugsweise bei örtlich separat angeordneter Veredelung der laufenden Materialbahn wie beispielsweise im Superkalander, ist es durchaus möglich, daß von dem oben genannten Regelkreis nur der erfindungsgemäße Bereich b) eingesetzt wird und der bekannte Bereich a) ersetzt wird durch visuelle Beobachtung mit davon abgeleiteter manueller Impulsgebung für die Korrektureinrichtung. Dabei wird dann über die Regelung des Dickenprofils vorzugsweise dem gefürchteten Falten- und Wellenlauf der laufenden Materialbahn am Ende solcher Veredelungsstationen begegnet.

Die erfindungsgemäße, elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung ist mechanisch ein quer zur laufenden Materialbahn angeordnetes Maschinenelement, welches funktionell mit als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelementen ausgerüstet ist, diese vorzugsweise je einzeln oder in einzelnen Gruppen separat ansteuer- und regelbar. Die elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung ist in der Produktionsanlage so installiert, daß durch nahe Position zu einer oder mehrerer Metallwalzen der Walzenpresse(n) diese Metallwalze durch die als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente der elektrisch gespeisten, wärmeabstrahlenden Korrektureinrichtung, vorzugsweise zonenweise erwärmt wird mit dem Effekt der zonenweisen Durchmesservergößerung der Metallwalze, wodurch eine Korrektur des Querprofils der laufenden Materialbahn erzielt wird.

Die mechanische Ausbildung und Anordnung der als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente erlaubt vorzugsweise dabei eine Kapselbauweise; dadurch sind mögliche Störeinflüsse, von den Umgebungsbedingungen herrührend, ausgeschlossen. Ferner sind als Impuls- und Versorgungsleitungen zum Ansteuern und zur Versorgung der einzelnen als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente nur einfache Elektrokabel, mit kleinem Raumbedarf, erforderlich, die keine Probleme mit räumlichen Engpässen ergeben. Platzbeanspruchende, sehr teuere Frequenzgegeratoren sind beispielsweise nicht erforderlich. Ferner ist der Regelaufwand so gering, daß dafür die übliche Reserve in der Speicherkapazität eines Prozeßleitsystems mehr als ausreicht.

Der maximal erforderliche Wärmestrom für die oben genannten Korrekturen des Querprofils einer laufenden Materialbahn beträgt ca 2000 Watt pro 100 mm Bahnbreite. Als Durchschnittswert werden, bei Leistungsregelung, meist 400 bis 700 Watt pro 100 mm Bahnbreite benötigt. Solch ein Wärmestrom ist per Wärmestrahlung leicht übertragbar, denn bei Wärmestrahlung ist die Größe der übertragenen Wärmemenge ja abhängig von der vierten Potenz der Temperaturdifferenz. Für die genannten max. 2000 Watt pro 100 mm Bahnbreite sind Temperaturdifferenzen von deutlich unter 100 Grad Celsius erforderlich. Dies trägt zur Betriebssicherheit der ganzen Anlage bei, weil dadurch Brandgefahr ausgeschlossen ist. Auch ist die mechanische Wärmebelastung der einzelnen Bauteile in üblichen Grenzen, also keine Verschleißgefährdung von dieser Seite.

Die körperliche Detailausbildung der als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente ist erfindungsgemäß wie folgt:
Das innere Kernstück ist ein elektrisch gespeistes Heizelement, das, bis auf eine Seite, vorzugsweise mit einer wärmeisolierenden Verkleidung umgeben ist. Die eine nicht isolierte Seite ist vorzugsweise als glatte, metallische Fläche ausgebildet, um eine möglichst gute Wärmestrahlung zu erreichen. Ferner ist es erfindungsgemäß als Möglichkeit vorgesehen, daß die nicht isolierte Seite etwas schräg zur Laufrichtung der laufenden Materialbahn angeordnet ist, damit im Wirkungseffekt ein sanfter Übergang von einer zur nächsten Zone gewährleistet ist.

Mit diesen aufgeführten Aufbau- und Anordnungsmerkmalen der erfindungsgemäßen, elektrisch gespeisten, wärmeabstrahlenden Korrektureinrichtung werden die in dem vorangegangenen Beschreibungstext als Aufgaben definierten Anforderungen vollständig erfüllt.

Claims (6)

1. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen, insbesondere Papier-, Karton-, Textil-, oder Kunststoffbahnen, gekennzeichnet dadurch, daß die Reguliereinrichtung eine elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung ist und dazu mit vorzugsweise zonensteuerbaren, als Wärmeabstrahler wirkenden Einzelheizelementen ausgerüstet ist, die funktionell wirkend auf Metallwalzen von Walzenpressen gerichtet sind und diese Metallwalzen vorzugsweise zonenunterteilt verschieden erwärmen.

2. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen nach Anspruch 1 und gekennzeichnet dadurch, daß die als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente der elektrisch gespeisten, wärmeabstrahlenden Korrektureinrichtung mit ihren seitlichen Begrenzungen, gleich Übergang von einer Zone zur nächsten, etwas schräg zur Laufrichtung der laufenden Materialbahn angeordnet sind.

3. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen nach Anspruch 1 oder 2 und gekennzeichnet dadurch, daß die als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente der elektrisch gespeisten, wärmeabstrahlenden Korrektureinrichtung eine wärmeisolierende Verkleidung aufweisen mit Ausnahme der einen Elementenfläche, die auf die zu heizende Metallwalze einer Walzenpresse zugewandt ist.

4. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 und gekennzeichnet dadurch, daß das Querprofil von einem Meßwertaufnehmer gemessen wird und davon abgeleitet über eine Rechner- und Steuerimpulsgebereinheit die erforderlichen Steuergrößen ermittelt und an die elektrisch gespeiste, wärmeabstrahlende Korrektureinrichtung vorgegeben werden.

5. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen nach Anspruch 4 und gekennzeichnet dadurch, daß die erforderlichen Steuergrößen leistungsregelnd auf die Eingangsleistung der als Wärmestrahler wirkenden Einzelheizelemente wirken.

6. Regelkreis zur Querprofilkorrektur von laufenden Materialbahnen nach Anspruch 4 und gekennzeichnet dadurch, daß die erforderlichen Steuergrößen zeittaktregelnd selbst wirken oder aber eine solche Zeittaktregelung bei den als Wärmestrahlern wirkenden Einzelheizelementen auslösen.