DE3936128A1 - Kalander zur oberflaechenbearbeitung von materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander zur Behandlung von Materialbahnen, mit mindestens einer Festwalze, die im Betrieb in Preßrichtung fest abgestützt ist und mindestens einer Loswalze, die in Preßrichtung beweglich frei gelagert ist.

Derartige Kalander sind hinlänglich bekannt. Insbesondere sind die Lagerzapfen von Walzen in Längsführungen in Preßrichtung beweglich frei gelagert, indem sie als Loswalzen in diesen Führungen einer begrenzten Bewegung unterworfen werden.

Problematisch dabei ist die Tatsache, daß in diesen Führungen erhebliche Reibungskräfte wirksam werden können, sogar hin bis zu einer mehr oder weniger klemmenden Wirkung. Dadurch ist beispielsweise bei einem senkrecht stehenden Kalander im Walzenspalt der Festwalze die erwartete Preßkraft gegebenenfalls einseitig, zu hoch oder zu tief, je nachdem, ob eine Zunahme oder Abnahme der Preßkraft vorgenommen wurde. Dies führt zu vom Sollwert abweichenden Preßkräften und/oder zu schrägen Preßkraft-Profilen im Walzenspalt, letzteres, da die Reibungen in den Führungen der Walzen nicht immer gleich groß sind.

Man hat bereits vielfach versucht, diese Reibungs- bzw. Klemmphänomene in ihrer Wirkung zu mildern durch künstliches Rütteln oder Bewegen des ganzen Walzenstapels, um die Reibungen loszubrechen. Auch hat man versucht, Abhilfe dadurch zu schaffen, daß von der beweglichen Walze eine fallweise größere oder kleinere Zusatzlast aufgebracht wurde, so lange, bis an der Festwalze die gewünschten Preßkräfte vorlagen.

Dabei erreichte man teilweise, daß bei etwa gleichbleibener Reibung, der als Maß für den Glättprozeß genommene Istwert der mittleren Linienkraft bzw. das Linienkraftprofil im Walzenspalt an der fixierten Walze auf den gewünschten Wert gebracht wird. In vielen Fällen kam es jedoch vor, daß gerade durch die genannten Maßnahmen die Reibung bis zum Klemmen der Führung verstärkt wurde. In jedem Falle sind die Linienkräfte in den Walzenspalten, die sich zwischen der reibenden oder klemmenden Walze und der die Zusatzbelastung erfahrenden beweglichen Walze befinden, verfälscht, was zu einer erheblichen Störung des Walzprozesses führt.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kalander zu schaffen, bei dem die vorgenannten Reibungen und Klemmungen auf einfache und zuverlässige Weise beseitigt oder zumindest in ihrer nachteiligen Wirkung aufgehoben werden können, ohne beispielsweise einen bestehenden Kalander erheblich abändern zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zum Messen der Preßkräfte an der Festwalze 12, eine Einrichtung zum Verstellen der Festwalze 12 in Preßrichtung, eine Einrichtung zum Vergleichen der Preßkraft-Sollwerte mit den gemessenen Preßkraft-Istwerten an der Festwalze und einem Steuergerät zum Steuern der Verstelleinrichtung entsprechend dem Ist-Sollwertvergleich zum Erreichen der gewünschten Preßkräfte im Walzenspalt an der Festwalze. Der Sollwert für die Preßkraft an der Festwalze ergibt sich dabei aus den in Preßrichtung wirkenden Anteilen der Gewichtskräfte der in Preßrichtung beweglichen über die Festwalze abzustützenden Teile sowie der auf die Loswalzen ausgeprägten Kräfte.

Diese Lösung bedient sich der Idee, die an sich für den Betrieb als Festwalze vorgesehene Walze zumindest selektiv an den Stirnseiten in Preßrichtung beweglich zu machen, und zwar in Abhängigkeit von den an der Festwalze gemessenen Abstützkräften, die durch die Preßkräfte weitgehend bestimmt werden. Das beanspruchte Prinzip arbeitet generell aufwärts wie auch abwärts (senkrecht stehender Kalander) als auch in jeder anderen Lage der Walzen zueinander, wie beispielsweise horizontal bei einem liegenden Kalander. Dabei kann eine Zusatzlast sowohl von oben als auch von unten zugegeben werden bzw. von rechts oder von links.

Durch Anwendung der Erfindung ist die nachteilige Auswirkung der Reibungskräfte nicht nur an der verstellten Festwalze beseitigbar, sondern auch an den Walzenspalten zwischen der verstellten Festwalze und der Walze, an der die schädliche Reibungskraft auftritt.

Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich zu wissen, welche der Walzen in ihren Führungen reibt oder klemmt.

Als kleinste Einheit kann eine Festwalze mit einer Loswalze kombiniert werden.

Auch Loswalzen, welche zusätzliche Kräfte einbringen, sind vorstellbar.

Im Zusammenhang mit einem stehenden Kalander kann die Festwalze entweder als oberste oder unterste Walze vorgesehen sein.

Im Zusammenhang mit einem liegenden Kalander kann die Festwalze entweder als äußerste rechte oder als äußerste linke Walze vorgesehen sein.

Es ist auch möglich, im Zwischenbereich des Kalanders die Festwalze vorzusehen.

Die Festwalze selbst kann zweckmäßigerweise als Durchbiegungs-Ausgleichswalze mit fester seitlicher Drehlagerung des Walzenmantels ausgebildet sein (sog. NIPCO-K-Walze).

Auch kann die Festwalze ausgebildet sein als Durchbiegungs-Ausgleichswalze mit auf der ganzen Länge in Preßrichtung beweglichem Walzenmantel, der durch eine Abstandsmeßeinrichtung in einer wählbaren Position für den Betrieb in Preßrichtung fixierbar ist (sog. NIPCO-F-Walze mit Positionsregelung).

Die Loswalze, welche zusätzliche Kräfte einbringen kann, ist vorteilhaft als Durchbiegungs-Ausgleichswalze mit in Preßrichtung beweglichem Walzenmantel vorstellbar.

Zur Messung der Lasten an den Walzen können Meßdosen dienen oder auch Hydraulik- bzw. Pneumatikdrücke von Belastungs-Systemen der Walzen herangezogen werden.

Zur Lageveränderung der stirnseitigen Enden der jeweiligen Festwalze können Hubgetriebe, Kolbensysteme oder auch andere mechanische Einrichtungen verwendet werden.

Im Zusammenhang mit einer Festwalze als Durchbiegungsausgleichswalze mit in Preßrichtung über die ganze Länge beweglichem Walzenmantel, der durch eine Abstandsmeßeinrichtung in einer wählbaren Position für den Betrieb in Preßrichtung fixierbar ist, kann die genannte Verstellung durch die Änderung der wählbaren Position z. B. durch entsprechende Eingaben in einen die Position des Walzenmantels fixierenden Regler oder durch Änderung der Position der gesamten Durchbiegungsausgleichswalze vorgenommen werden. Eine andere denkbare Maßnahme ist die, daß künstlich der Abstand bei der Abstandsmeßeinrichtung verkleinert und damit eine Nachjustierung initiiert wird.

Das Nachstellen der Lage der Festwalze auf die reibende bzw. klemmende Walze hin oder von dieser weg kann in Abhängigkeit von den Ist-Soll-Druckkraft-Unterschieden zwischen den Fest- und Loswalzen getrennt an beiden Walzenenden automatisiert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1a eine schematische Ansicht eines Kalanders,

Fig. 1b eine schematische Seitenansicht des Kalanders gemäß Fig. 1a,

Fig. 2a bis 2e unterschiedliche stehende Kalander bzw. einen liegenden Kalander und

Fig. 3a und 3b eine 2-Walzenkonstruktion im Längs- bzw. Querschnitt.

Ein Kalander besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Walzen, die zwischen sich einen Walzenspalt bilden, durch den die zu glättende Papierbahn verläuft. Bei einem stehenden Kalander entsprechend Fig. 1a und Fig. 1b ist eine untere Walze 12 und eine obere Walze 14 mit dazwischen angeordneten Zwischenwalzen 16, 17 und 18 vorgesehen. In Fig. 1a ist ein Teil der Zwischenwalzen nicht dargestellt. Obwohl entweder die obere oder die untere Walze oder sogar zusätzlich eine Zwischenwalze als sog. Festwalze vorgesehen sein kann, ist im in Fig. 1a dargestellten Beispiel die untere Walze 12 als sog. NIPCO-Walze mit einem Walzenmantel 13 und einem Joch 15 ausgebildet. Diese Walze ist hier eine sog. Festwalze. Diese NIPCO-Walzen können unterschiedlicher Bauart sein. Als sog. NIPCO-K-Walze ist der Walzenmantel 12 seitlich für sich gelagert und der Biegungsausgleich des Mantels erfolgt über Zwischenabstützungen, die ölhydraulisch beaufschlagbar sind. Bei der sog. NIPCO-F-Walze ist der Walzenmantel nicht mehr seitlich abgestützt, sondern es erfolgt die Abstützung nur über die Länge des Walzenmantels am Joch. Eine derartige NIPCO-Walze ist eine bekannte Durchbiegungs-Ausgleichswalze.

Am Walzenmantel 13 bzw. am Joch 15 befindet sich ein Positionsfühler 20, der mit einem Positionsregler 22 in Verbindung steht. Die durch die Pfeile 24 symbolisierten Durchbiegungsausgleichs-Abstützungen werden mit Hydrauliköl versorgt, um im Hinblick auf ein Linienkraftprofil im Walzenspalt 26 zwischen der Zwischenwalze 18 und der unteren Festwalze 12 über die Länge der Walze unterschiedlichen Druck aufzubringen. Die Regelung des hydraulischen Öldrucks erfolgt über einen mit dem Positionsregler verbundenen Öldruckregler 28. Der Öldruck an den verschiedenen Stellen des Walzenspaltes kann über Leitungen 30 graphisch auf einem Monitor angezeigt werden.

Die Positionsfühler 20 melden die Ist-Lage des NIPCO-Walzenmantels 13 an den Positionsregler 22, der permanent die Öldrücke aller Zonen so korrigiert, daß der NIPCO-Walzenmantel 13 und damit das gesamte Walzenpaket eine definierte, waagerechte Höhenlage einnimmt und beibehält. Das gesamte Walzenpaket schwebt sozusagen in ganz engen Grenzen.

Die Walzen sind durch seitliche Zapfen 32 in Vertikalführungen geführt. Die Walzen liegen normalerweise bei dem stehenden Kalander durch das Eigengewicht der Walzen aufeinander. Allerdings kann auch entsprechend den Pfeilen 34 ein zusätzlicher Druck seitens der oberen Walze 14 aufgebracht werden. Dabei kann die obere Walze 14 ebenfalls eine NIPCO-Walze sein.

Wenn beispielsweise in der Vertikalführung Zwischenwalze 17 an der rechten Seite ein Klemmer auftritt, so äußert sich dies in einem Nachgeben des Walzenmantels 13 (NIPCO-Mantel) nach oben, so daß der Positionsfühler 20 auf der rechten Seite in Fig. 1a in vertikaler Richtung eine Beabstandung der zugehörigen Fühlerteile bildet. Somit registriert der Positionsfühler auf der Seite des Klemmers die dort reduzierte Belastung als geringe Aufwärtsbewegung des Mantels und steuert deshalb auch auf dieser Seite entsprechend geringere Öldrücke an. Die nun von der selbstbelastenden NIPCO-Walze aufgebrachten Linienkräfte sind gleichmäßig zunehmend von der Seite des Klemmers bis zur vollen Belastung auf der Gegenseite, was als schräg verlaufendes Linienkraftprofil über die Leitungen 30 auf dem Monitor angezeigt wird. Das unterschiedliche Linienprofil dokumentiert sich durch die unterschiedlich langen Pfeile im Bereich der NIPCO-Walze in Fig. 1a. Entsprechend der Erfindung wird nun die als Festwalze ausgeführte untere Walze 12 auf der rechten Seite, d. h. auf der Seite des Klemmers, so nach oben nachgefahren, daß wiederum ein über die Länge der Walze gleichmäßiges Linienkraftprofil sich entsprechend den Sollwerten einstellt. Dies bedeutet, daß die eigentliche Festwalze für eine Nachregulierung zumindest an den Stirnseiten in Richtung auf die übrigen Walzen verstellbar ist.

Zu erwähnen ist noch, daß bei einem Klemmer an der rechten Seite der Zwischenwalze 17 die Verhältnisse oberhalb dieser Walze nach wie vor in Ordnung sind, wie dies die dortigen Pfeile in Fig. 1a zum Ausdruck bringen. Die Verhältnisse unterhalb des Klemmers werden durch die Nachregulierung wieder über die gesamte Länge der Walzen in den Soll-Zustand gebracht.

Fig. 2 zeigt in Fig. 2a bis 2d stehende Kalander und in Fig. 2e einen liegenden Kalander in schematischer Darstellung. In Fig. 2a sind die Walzen 14 und 16 Loswalzen, die mit Führungsteilen 17 in Vertikalführungen 19 geführt sind. Die untere Walze 12 ist hier eine Festwalze.

In Fig. 2b ist die obere Walze 14 ebenso eine Festwalze wie die untere Walze 12, die allerdings hier noch für eine aktive Druckkraftbeaufschlagung durch eine Hubeinheit 21 bewegt werden kann. Auch diese Bewegung kann durch Klemmer beeinträchtigt werden.

In Fig. 2c ist die Unterwalze 12 eine Festwalze, wobei die Oberwalze 14 durch eine Hubeinheit 21 zur Druckkraftbeaufschlagung vertikal bewegbar ist.

Fig. 2d weist wie der Kalander in Fig. 2b eine untere, durch eine Hubeinheit 21 bewegbare Walze 12, sowie eine Zwischenfestwalze 14′′ auf.

Bei dem liegenden Kalander der Fig. 2e ist die rechte äußere Walze 14′ eine Festwalze und die linke äußere Walze 12′ eine durch eine Hubeinheit 21′ bewegbare Walze. Die Zwischenwalzen 16′ sind ebenfalls mit Führungsteilen 12′ in einer Führung 19′ als Loswalzen bewegbar.

Hinsichtlich einer Vereinfachung des Systems kann eine Messung an beiden Enden der Festwalze getrennt durchgeführt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob die Belastung durch das Eigengewicht und eine Zusatzplatz beim stehenden Kalander oben oder durch eine Kraftaufbringung unten erfolgt. In jedem Falle muß sichergestellt werden, daß bei einer Berücksichtigung der Sollbelastung die bei einer Klemmung gegebenenfalls auch einseitig auftretende Istbelastung durch eine geringfügige Bewegung der Festwalze an dem entsprechenden Ende wieder eliminiert und auf den Sollwert gebracht wird. Als Messungen der Belastungen können z. B. die Hydraulik- oder Pneumatikdrücke der Anpreß-Systeme dienen.

Es besteht auch die Möglichkeit, im Bereich der Abstützung der Festwalze über Druckmeßdosen den jeweiligen Istwert zu erfassen und dann eine Regelung auf den Sollwert vorzunehmen. Zur Lageveränderung der jeweiligen Festwalze sind Hubgetriebe, Kolbensysteme oder auch andere mechanische Einrichtungen geeignet.

Auch Meß- und Positioniersysteme können in Kombination vorkommen, wie z. B. das sog. "Floating-Stack-Prinzip" mit den Positionsfühlern in Kombination mit selbstbelastenden NIPCO-Walzen.

Das Nachjustieren der Lage der Festwalze auf die reibende Walze zu bzw. von ihr weg kann in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll-Druckunterschied der beiden extremen auseinanderliegenden Walzenspalte, getrennt an beiden Walzenenden, automatisiert werden. Für das System ist es nicht erforderlich zu wissen, welche der Walzen in ihren Führungen reibt oder klemmt.

Gemäß Fig. 3a und 3b ist ein Zweiwalzen-System erkennbar. Es handelt sich dabei um zwei sogenannte NIPCO-F-Walzen. Der Walzenmantel 13 stützt sich über Druckstößel 42 auf dem Joch 15 ab, wobei diese Druckstößel über eine Kammer 43 und eine Ölleitung 44 selektiv druckbeaufschlagt werden kann, wie diese den Pfeilen in Fig. 3a im Bereich der Druckstößel zu entnehmen ist. Der äußere Rand des Walzenmantels 13 stützt sich über ein Lager 40 auf einer Kulisse 38 ab. Diese Kulisse ist auf einer Kulissenführung des Jochs 15 vertikal bewegbar, wie dies durch den Pfeil in Fig. 3b angedeutet ist. Somit kann sich in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung der Druckstößel und der aufgebrachten Preßkraft relativ zum Joch 15 vertikal bewegen, und zwar entlang der entsprechenden Vertikalführungsflächen 50. Dort können die genannten Klemmungen aufgrund von erhöhter Reibung auftreten. Die Bewegung des Walzenmantels 13 gegenüber dem Joch 15 kann durch einen Wegaufnehmer 46 erfaßt werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, durch eine einfache Software-Regelung alleine eine Disharmonie der Preßkräfte bei auftretenden Klemmern zu kompensieren.

Claims (15)

1. Kalander zur Behandlung von Materialbahnen, mit

• - mindestens einer Festwalze, die im Betrieb in Preßrichtung fest abgestützt ist,
• - mindestens einer Loswalze, die in Preßrichtung beweglich frei gelagert ist,

gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung zum Messen der Preßkräfte an der Festwalze (12),
• - eine Einrichtung zum Verstellen der Festwalze (12) in Preßrichtung,
• - eine Einrichtung zum Vergleichen der Preßkraft-Sollwerte mit den gemessenen Preßkraft-Istwerten an der Festwalze und
• - einem Steuergerät zum Steuern der Verstelleinrichtung entsprechend dem Ist-Sollwertvergleich zum Erreichen der gewünschten Preßkräfte im Walzenspalt an der Festwalze.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Festwalze und eine Loswalze vorgesehen sind.

3. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit einem stehenden Kalander die Festwalze als oberste Walze vorgesehen ist.

4. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit einem stehenden Kalander die Festwalze als unterste Walze vorgesehen ist.

5. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit einem liegenden Kalander die Festwalze als äußerste rechte Walze vorgesehen ist.

6. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit einem liegenden Kalander die Festwalze als die äußerste linke Walze vorgesehen ist.

7. Kalander nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwalze (14′′) im Zwischenbereich des Kalanders vorgesehen ist.

8. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwalze als Durchbiegungs-Ausgleichswalze mit fester seitlicher Drehlagerung des Walzenmantels ausgebildet ist (sog. NIPCO-K-Walze).

9. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwalze als Durchbiegungsausgleichswalze mit über ihrer gesamten Länge in Preßrichtung beweglichem Walzenmantel (13) (sog. NIPCO-F-Walze) ausgebildet ist, der mit Hilfe einer Abstandsmeßeinrichtung (20) in einer wählbaren Position für den Betrieb in Preßrichtung fixierbar ist.

10. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Loswalzen zur Aufbringung einer zusätzlichen Kraft geeignet ist, und daß diese zusätzliche Kraft meßbar ist.

11. Kalander nach Anspruch 8, 9 oder 10 oder Kombination, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung die hydraulischen oder pneumatischen Drücke aus dem Belastungssystem der Walze bzw. Walzen erfaßt.

12. Kalander nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtungen Meßdosen verwendet werden.

13. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtung ein Hubgetriebe vorgesehen ist.

14. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtung ein hydraulisches oder pneumatisches Kolbenhub-System vorgesehen ist.