DE3920176C2 - - Google Patents
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- F16C13/022—Bearings supporting a hollow roll mantle rotating with respect to a yoke or axle
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer
Walze mit einem um einen drehfesten Träger rotierbaren
und gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stütz
element abgestützten Walzenmantel und wenigstens einer
Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Wal
zenmantels, wobei jeweils wenigstens eine Einrichtung
zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite des
Walzenmantels und wenigstens eine Einrichtung zur
Beeinflussung der Temperatur der Außenseite des Wal
zenmantels vorgesehen sind.
Solche Walzen sind aus der WO 85/01 532 oder der DE-PS
34 29 695 bekannt und können z. B. zur Oberflächen
behandlung von Warenbahnen, insbesondere Faserstoff
material, z. B. Papier, Pappe, Non-wovens, Textil oder
Kunststoff unter gleichzeitiger Druck- und Temperatur
einwirkung verwendet. Eine besonders geeignete
Verwendung ist die Glättung von Papierbahnen in
Glättwerken oder Kalandern, wobei durch eine erhöhte
Temperatur die Papierfasern leichter verformbar werden
und unter Druckeinwirkung ein Glätt- und Glanzeffekt
auf der Papieroberfläche erreichbar wird.
Durchbiegungsausgleichswalzen, bei denen der rotierende
Walzenmantel gegenüber dem Träger mit wenigstens einem
Stützelement abgestützt ist, beispielsweise mit
wenigstens einer Druckkammer oder einer Reihe von
hydraulischen oder anderen Stützelementen, haben sich
als besonders geeignet erwiesen, eine gleichförmige
oder mit einem gewünschten Profil einwirkende
Anpreßkraft und einen gleichförmigen oder mit einem
gewünschten Profil wirkenden Wärmeübergang von der
Walzenoberfläche auf die Warenbahn zu erreichen.
Dies ist insbesondere bei großen Walzenbreiten bis in
den Bereich von 10 m, wie sie bei Papiermaschinen
üblich sind, von Vorteil.
Beheizbare Durchbiegungsausgleichswalzen verschiedener
Art sind bekannt, z. B. aus der US 42 82 638. Bei die
sen Walzen sind seitlich am Träger Düsen vorgesehen,
aus welchen heißes Wärmeträgermedium auf die
Walzenmantel-Innenseite gesprüht und der Walzenmantel
dabei mittels Prallströmheizung aufgeheizt wird.
Aus der CH 5 77 598 oder US 42 82 639 sind andererseits
Durchbiegungsausgleichswalzen mit einer Reihe von
hydrostatischen Stützelementen bekannt, deren Lager
fläche Lagertaschen aufweist, die über einen Druckraum
von Bohrungen im Träger mit einem erhitzten Hydraulik
medium versorgt werden. Dabei wird die Innenseite des
Walzenmantels durch das heiße Hydraulikmittel auf eine
vorgesehene Temperatur aufgeheizt.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Walzen, daß die
Aufheizdauer der Walze auf die erforderliche
Betriebstemperatur beim Anlauf des Glättwerkes oder
Kalanders vielfach zu lang ist und teilweise mehrere
Stunden benötigt. Außerdem treten in der Anlauf- oder
Aufheizphase Ungleichmäßigkeiten auf, welche zum
Platzen des Walzenmantels führen können und bisher
nicht beseitigt werden konnten.
Weiterhin ist nachteilig, daß die mit diesen Walzen
erzielbare Behandlungstemperatur an der Außen
oberfläche der Walze begrenzt ist, da die im Walzen
inneren erforderlichen Komponenten und das Heizöl nur
bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze brauchbar
sind.
Die aus der DE-PS 34 29 695 bekannte Walze versucht
letzteren Nachteil dadurch zu beheben, daß zusätzlich
eine auf die Außenoberfläche einwirkende Außenheizung
vorgesehen wird, mit der die Außentemperatur wesent
lich über die ansonsten zulässige Innentemperatur ge
steigert wird. Hierbei treten aber zwangsläufig Tempe
ratur-Ungleichmäßigkeiten auf, welche zur Zerstörung
des Walzenmantels beim Aufheizen führen können. Beson
ders empfindlich haben sich hier die in Glättwerken und
Kalandern gebräuchlichen Walzen mit Hartgußmänteln
erwiesen, bei denen die Außenhaut sich bereits in
einem bestinmten Spannungszustand befindet. Da die
Aufheizung von außen in der Regel kurz vor dem
Preßspalt erfolgt, treten sowohl beim Aufheizen mit
langsamerer Drehzahl als auch im Betrieb mit höherer
Drehzahl über den Walzenmantelumfang Temperatur
schwankungen auf, die zu einer nachteiligen
Temperaturwechselbeanspruchung führen und zusätzlich
erhebliche Energieverluste zur Folge haben.
Analoge Nachteile treten auf, wenn das Glättwerk
abgestellt und die Walzen beispielsweise zwecks
Austausch oder Nachbearbeitung abgekühlt werden müssen.
Auch hierfür ist eine erhebliche Zeit erforderlich und
es besteht die Gefahr einer Beschädigung oder
Zerstörung des Walzenmantels bei Einwirkung eines
Kühlmittels von innen oder von außen.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend
erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu elimi
nieren und insbesondere ein Verfahren zum Betrieb einer
Walze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
welchem die Aufheizzeiten und Abkühlungszeiten verkürzt
sind, bei dem die Gefahr einer Beschädigung oder Zer
störung des Walzenmantels beim Aufheizen, während des
Betriebes und beim Abkühlen vermindert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Walze so betrieben,
daß die Temperaturdifferenz zwischen
der Walzenmantel-Außenseite und der Walzenmantel-Innenseite
zum Schutz des Walzenmantels einen vorbestimmten Wert nicht
überschreitet.
Zur Regelung der Temperatur der Innenseite und der
Außenseite können jeweils Sensoren vorgesehen sein,
die die jeweiligen Einrichtungen zur Temperatur
beeinflussung ansteuern. Die zulässigen Temperatur
differenzen zwischen der Innenseite und der Außenseite
des Walzenmantels können dabei während der Aufheiz-,
Betriebs- und Abkühlungsphase unterschiedlich gewählt
sein, jedoch sollte eine Temperaturdifferenz von 50°C
beim Aufheizen und beim Abkühlen und von 80°C während
des Betriebes nicht überschritten werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kann die
Regeleinrichtung so eingerichtet sein, daß bei einer
plötzlichen Temperaturänderung an der Außenseite,
beispielsweise verursacht durch einen Bahnabriß, oder
der Innenseite, beispielsweise infolge Defekt der
Heizmittelzufuhr, die Walze automatisch in die
Abkühlungsphase übergeht.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren
näher erläutert, wobei weitere Vorteile der Erfindung
offenbart sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine Walzvorrichtung im Querschnitt,
Fig. 2 Temperaturdiagramme des Walzenmantels beim
Aufheizen, und
Fig. 3 Temperaturdiagramme des Walzenmantels im
Dauer-Betrieb.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Walzvorrichtung,
beispielsweise einem Glättwerk für eine Papierbahn, übt
eine Durchbiegungsausgleichswalze 2 zusammen mit einer
Gegenwalze 3 auf die zwischen beiden Walzen hindurch
laufende Warenbahn 1 eine Preßkraft aus.
Die Durchbiegungsausgleichswalze 2 kann beispielsweise
gemäß US 38 02 044 ausgebildet sein und weist einen
drehfesten Träger 4 und einen um diesen rotierbaren
Walzenmantel 5 auf, der mit einer Reihe von axial
nebeneinander angeordneten hydrostatischen Stütz
elementen 6 gegen den Träger abgestützt ist. Diese
Stützelemente weisen eine Kolben/Zylinder-Führung mit
einem Druckraum 7 auf, welcher über eine Trägerbohrung
8 mit einem hydraulischen Druckmittel versorgt wird.
Auf der Lagerfläche der Stützelemente 6 befinden sich
Lagertaschen 9, welche mit Drosselbohrungen 10 vom
Druckraum 7 mit Druckmittel versorgt werden und eine
hydrostatische Lagerung des Walzenmantels 2 auf den
Stützelementen 6 bewirken.
Die Zuleitung 11 von der Trägerbohrung 8 zum Druckraum
7 ist mittels einer Heizvorrichtung 12, beispielsweise
einer elektrisch betriebenen Heizspule, heizbar und
bewirkt eine Aufheizung des hydraulischen Druckmittels,
welches über den Druckraum 7 und die Drosselbohrungen
10 in die Lagertaschen 9 gelangt und die Innenseite i
des Walzenmantels an der Stelle der Ebene B erhitzt.
Andererseits ist außerhalb der Walze 2 eine Heiz
vorrichtung 13 vorgesehen, welche die Außenseite a des
Walzenmantels 5 ebenfalls aufheizt, beispielsweise
mittels Strahlungsheizung. Damit wird erreicht, daß
der Walzenmantel 5 sowohl von innen als auch von außen
erhitzt wird und auf die für die Behandlung der
Papierbahn erforderliche Temperatur gebracht und auf
der Betriebstemperatur gehalten werden kann.
Es sei bemerkt, daß anstelle der beschriebenen
Durchbiegungsausgleichswalze mit hydrostatischen
Stützelementen auch andersartige Durchbiegungs
ausgleichswalzen verwendet werden können, beispiels
weise hydrodynamisch oder magnetisch abgestützte Walzen
oder andere bekannte Walzentypen mit steuerbarer
Durchbiegung. Dabei kann eine Reihe nebeneinander
liegender Stützelemente vorgesehen sein, welche
getrennt voneinander und individuell mit zugeordneten
Heizvorrichtungen beheizbar sind, wobei ebenfalls durch
den einzelnen Stützelementen zugeordnete Außen
heizungen die Walzenmantel-Außenseite ensprechend
beheizbar ist. Oder es kann ein einzelnes sich in
Achsenrichtung erstreckendes Stützelement vorhanden
sein. Statt die Innenheizung über die Stützelemente
vorzunehmen, kann auch die Walzenmantel-Innenseite mit
davon völlig getrennten Heizvorrichtungen aufgeheizt
werden, beispielsweise mittels einer Prallströmheizung,
wie sie beispielsweise aus US 42 82 638 bekannt ist,
oder in anderer geeigneter Weise.
Die Gegenwalze 3 kann als konventionelle Walze
ausgebildet sein oder aber ebenfalls als
Durchbiegungsausgleichswalze ohne Heizvorrichtungen.
Zum Betrieb der Walzvorrichtung und insbesondere der
Heizvorrichtungen 12 und 13 für die Innenseite i und
die Außenseite a des Walzenmantels 5 ist es vorteil
haft, eine Steuer- oder Regeleinrichtung 14 vorzusehen,
welche die Heizleistung der Heizvorrichtung 12 und der
Heizvorrichtung 13 steuert. Die Steuerung der Heiz
leistungen wird dabei so vorgenommen, daß die
Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Innenseite i und
der Außenseite a des Walzenmantels 5 bestimmte
vorgegebene Werte, z. B. 50°C nicht überschreitet. In
der Regel erfolgt dabei die Innenheizung und die
Außenheizung gleichzeitig, wobei zu Beginn des
Aufheizvorganges ein gewisser zeitlicher Vorlauf der
Innenheizung vorgesehen sein kann, um die Zeit
verzögerung infolge Aufheizung der Stützelemente 6
gegenüber der sofort wirkenden Außenheizung 13
auszugleichen.
Die zeitliche Steuerung der Heizleistungen kann dabei
entweder nach einem festgelegten Steuerprogramm
vorgenommen werden, oder aber in einem geschlossenen
Regelkreis erfolgen, wobei Sensoren 15 zur Messung des
Istwertes der Temperatur des hydraulischen Druckmittels
im Druckraum 7 oder an einer anderen geeigneten Stelle
und Sensoren 16 zur berührungslosen Temperaturmessung
der Außenoberfläche a des Walzenmantels 5 vorgesehen
sind. Entsprechend den Ausgangssignalen der Sensoren 15
und 16 werden die Heizleistungen der Heizvorrichtungen
12 und 13 so gesteuert, daß die vorgegebenen
Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite i und der
Außenseite a nicht überschritten werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen,
sowohl von innen als auch von außen beheizbaren Walze
2 mit einem Hartgußmantel von einigen mm Wandstärke, ca.
100 mm Durchmesser und 9 m Länge, ließen sich die
eingangs geschilderten Nachteile des Standes der
Technik, insbesondere Beschädigungen des Walzenmantels,
vermeiden, wenn die Regeleinrichtung so eingerichtet
war, daß während des Aufheizvorganges die
Temperaturdifferenz ΔT zwischen Innen und Außen nicht
größer als 50°C ist.
Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel des Temperatur
verlaufs im Walzenmantel 5 von der Außenseite a bis
zur Innenseite i zu drei verschiedenen Zeitpunkten des
Aufheizvorganges, bei welchem die Walze mit
verminderter Geschwindigkeit rotiert, und zwar in der
Schnittebene A kurz nach Einwirkung des äußeren
Heizelementes 13, jedoch vor dem Stützelement 6, durch
welches die Innenheizung erfolgt. Zum ersten Zeitpunkt
kurz nach Einschalten der beiden Heizeinrichtungen 12
und 13 wirkt zunächst vorzugsweise die äußere Heizung,
während die Innenheizung erst zeitverzögert in Aktion
tritt. Während dieser ersten Phase wird die Außen
heizung 13 so gedrosselt, dass die Außentemperatur des
Walzenmantels 5 nicht mehr als 50°C wärmer ist als die
Innentemperatur. Nach einer gewissen Zeit ist die
Innentemperatur schneller angestiegen als die Außen
temperatur, so daß die Temperaturdifferenz nur noch
30°C beträgt, und am Schluß der Aufheizphase wird
außen die Endtemperatur von 170°C erreicht, während
die Innentemperatur bei 150°C liegt. Dieser Zustand
ließ sich bei der beschriebenen Ausführung bereits
nach etwa 1 Stunde erreichen.
Nach Einführung der Papierbahn 1 zwischen die Walzen 2
und 3 und Aufnahme des normalen Betriebes mit erhöhter
Drehzahl entsprechend einer Bahngeschwindigkeit von
1400 m/min wird die Außenfläche a des Walzenmantels 5
an der Preßstelle, d. h. in Schnittebene B, auf 130°C
durch Wärmeentzug gekühlt, während gleichzeitig durch
das Stützelement 6 die Innenseite auf eine Temperatur
erhöht wird, welche nicht mehr als 80°C höher als die
Außentemperatur ist, beispielsweise 210°C. Im Laufe
der Rotation der Walze 2 sinken die Temperaturen an der
Walzenmantelinnenseite i und Außenseite a kontinuier
lich ab, bis sie kurz vor der Außenheizvorrichtung 13
in Schnittebene C auf 110°C außen und 180°C innen
abgekühlt sind. Nach Aufheizung von außen in der
Schnittebene A sind dann wieder 170°C an der Außen
seite a und 150°C an der Innenseite i erreicht.
Die durch die bei diesem Betriebsverfahren auftretenden
Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen und die
Temperaturschwankungen während des Betriebes erzeugten
mechanischen Spannungen im Walzenmantel waren deutlich
herabgesetzt im Vergleich zu vorbekannten Walzen, bei
denen nur eine Heizung von innen oder von außen
vorgesehen war, so daß die Bruchgrenze nirgends
erreicht wurde und Beschädigungen des Walzenmantels
vermieden wurden.
Besonders vorteilhaft ist es, in Achsenrichtung der
Walze 2 nebeneinander eine Reihe von parallelen
Stützelementen 6 vorzusehen, welche individuell und
unabhängig voneinander beheizt und von der Steuer- bzw.
Regelanlage 14 angesteuert werden können. Eine
entsprechende Anzahl den Stützelementen 6 zugeordnete
äußere Heizvorrichtungen 13 ist ebenfalls von der
Steuer- oder Regeleinrichtung 14 individuell
ansteuerbar. Auf diese Weise läßt sich an den
Walzenenden außerhalb der Papierbahn, an denen keine
Abkühlung durch die laufende Papierbahn erfolgt, die
Temperaturdifferenz zwischen innen und außen auf einen
anderen Wert als im Bereich der Papierbahn einstellen,
so daß eine Verbiegung des Walzenmantels an den Enden
in der Form einer Achsenbiegung oder in der Form des
"Oxbow"-Effektes vermieden werden kann.
Es wird bemerkt, daß der Erfindungsgedanke in analoger
Weise während der Abkühlphase nach Beendigung des
Walzvorganges angewendet werden kann, wobei die
Heizeinrichtungen 12 und 13 durch entsprechende
Kühleinrichtungen ersetzt werden. Der Betrieb erfolgt
während dieser Abkühlphase ebenfalls in der Art, daß
die Steuer- oder Regeleinrichtung 14 die Kühl
einrichtungen 12 und 13 derart steuert, daß während
dieser Abkühlphase die Temperaturdifferenzen zwischen
der Innenseite i und der Außenseite a des Walzen
mantels 5 bestimmte vorgegebene Werte nicht
überschreiten, so daß unzuläßige und schädliche
mechanische Spannungen im Walzenmantel vermieden
werden. Hierbei kann die Abkühlungszeit gegenüber dem
üblichen langsamen Abkühlen der Walze drastisch
herabgesetzt werden, so daß kostenträchtige Totzeiten
der Walzvorrichtung erheblich vermindert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
kann die Regeleinrichtung 14 auch so gestaltet sein,
daß bei Detektion unzuläßiger Temperaturunterschiede
über ein bestimmtes Maß hinaus, beispielsweise infolge
eines Bahnabrißes, durch die Temperatursensoren 15 und
16 der Betrieb automatisch unterbrochen wird und die
Vorrichtung in die Abkühlungsphase umgeschaltet wird.
Die Betriebssicherheit wird dadurch erheblich erhöht.
Claims (6)
1. Verfahren zum Betrieb einer Walze mit einem um einen drehfesten Träger (4)
rotierbaren und gegenüber dem Träger (4) mit wenigstens einem Stützelement
(6) abgestützten Walzenmantels und wenigstens einer Einrichtung (12, 13) zur
Beeinflussung der Temperatur des Walzenmantels (5), wobei wenigstens eine
Einrichtung (12) zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite (i) des
Walzenmantels (5) und wenigstens eine Einrichtung (13) zur Beeinflussung der
Temperatur der Außenseite (a) des Walzenmantels (5) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Walzenmantel-Außenseite (a) und der
Walzenmantel-Innenseite (i) zum Schutz des Walzenmantels (5) so gesteuert
wird, daß diese einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Aufheizphase und während der Abkühlungsphase der Walze die
vorgegebene Temperaturdifferenz nicht größer als 50°C ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Betriebes der Walze in einer Walzvorrichtung zur
Preßbehandlung einer Warenbahn (1) die vorgegebene Temperaturdifferenz
nicht größer als 80°C ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Regelung der Temperatur der Innenseite (i) und der Außenseite (a)
jeweils Sensoren (15, 16) vorgesehen sind, die über eine Regeleinrichtung (14)
die jeweiligen Einrichtungen (12, 13) zur Temperaturbeeinflussung ansteuern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (14) so eingerichtet ist, daß sie bei einer plötzlichen
Temperaturänderung an der Außenseite (a), beispielsweise verursacht durch
einen Bahnabriß, oder der Innenseite (i), beispielsweise infolge Defekt der
Heizmittelzufuhr, die Walze automatisch in die Abkühlungsphase überführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (12) zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite (i)
des Walzenmantels (5) bei einer Walze, dessen Walzenmantel (5) gegenüber dem
Träger (4) mittels hydrostatischer, mit Druckmittel versorgter Stützelemente
(6) abgestützt ist, die Temperatur des Druckmittels ändert und das Druckmittel
den Lagertaschen (9) des hydrostatischen Stützelementes (6) zugeführt wird.
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1990
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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