DE4200608A1 - Verfahren zur steuerung der temperierung einer temperierbaren walze - Google Patents
Verfahren zur steuerung der temperierung einer temperierbaren walzeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steu
erung der Temperierung einer temperierbaren Walze, die
in Gestalt einer Heizwalze, die also am Außenumfang Tempe
raturen von etwa 250°C annehmen kann und zur Wärmebehand
lung einer Materialbahn dient, für sich genommen aus der
DE-OS 37 20 132 bekannt ist.
Eine temperierbare Walze der in Rede stehenden Art
umfaßt im allgemeinen ein dickwandiges Walzenrohr, welches
die ganze Walze darstellen oder aber die Hohlwalze einer
hydraulisch innen abgestützten durchbiegungssteuerbaren
Walze sein kann. Im letzteren Fall umfaßt die Hohlwalze
ein sie durchgreifendes undrehbares Querhaupt, an welchem
im Innern der Hohlwalze eine hydraulische Stützeinrichtung
angeordnet ist, die Kräfte von innen gegen den Innenumfang
der Hohlwalze ausübt.
Bei der aus der DE-OS 37 20 132 bekannten Walze ist
die Temperierung eine Beheizung. Die Erfindung betrifft
aber gleichermaßen eine kühlbare Walze, bei der die Tempe
ratur des arbeitenden Walzenumfangs unter die Umgebungs
temperatur abgesenkt wird, um einer Materialbahn Wärme
zu entziehen.
Die dickwandigen Walzenrohre bestehen im allgemeinen
aus Stahl und sind gegossen. Sie reagieren sehr empfindlich
auf Temperaturunterschiede insbesondere in radialer Richtung,
weil diese zu hohen Wärmespannungen führen, die Risse ver
ursachen können. Aus diesem Grunde müssen zum Beispiel
beheizbare Walzen mit ganz geringer Geschwindigkeit auf
ihre Arbeitstemperatur gebracht werden.
Aus dem gleichen Grunde wird in der DE-OS 37 20 132
angestrebt, daß die Heizleistungen der inneren Heizeinrich
tung und der äußeren Heizeinrichtung so bemessen und auf
einander abgestimmt werden, daß die Temperaturdifferenz
zwischen dem Innenumfang des Walzenrohrs und dem Außenumfang
bei allen Temperaturen möglichst gleich Null ist. Diese Art
der Steuerung sei daher kurz mit "Δ T = O" bezeichnet.
Diese Art der Steuerung hat jedoch Nachteile, wie
im folgenden anhand des Beispiels einer Heizwalze darge
stellt werden soll, die gegen eine Gegenwalze arbeitet und
mit dieser einen Walzspalt bildet, durch den eine Material
bahn hindurchgeleitet wird. Im stationären Betrieb eines
solchen Systems ist die gesamte Wärme, die die Material
bahn im Walzspalt aufnimmt, die von der Heizwalze abge
strahlte Wärmeenergie sowie die Energie, die die Walze an
den Lagern durch Leitung an die Stützkonstruktion und durch
Konvektion an die Umgebungsluft abgibt, von der äußeren
Heizeinrichtung aufzubringen. Auf die innere Heizeinrich
tung entfallen nur weit geringere Anteile, nämlich die
Wärmeverluste an den Zu- und Ableitungen, die meist noch
isoliert sind, und die Wärmeverluste durch Übergang von
Wärme an die gegebenenfalls vorhandene innere hydraulische
Stützeinrichtung. Die Steuerung nach der Methode "Δ T = O"
bedeutet nämlich, daß keine Wärmeenergie der inneren Heiz
einrichtung radial durch das Walzenrohr an die den arbei
tenden Walzenumfang bildende Außenseite transportiert wer
den kann. Es findet in radialer Richtung kein Wärmetrans
port statt. Die äußere Heizeinrichtung, der also praktisch
die Gesamtheizung im Betrieb zufällt, ist heute ganz über
wiegend als induktive Beheizung ausgebildet, bei der längs
der Walze eine Anzahl von induktiven Polschuhen mit Wick
lungen angeordnet ist. Wegen der heute vorhandenen Begren
zungen in der Leistungsdichte solcher induktiven Schuh
heizungen führt das wegen des hohen Leistungsbedarfs der
äußeren Heizeinrichtung häufig zu der Notwendigkeit meh
rerer Schuhreihen. Eine solche Konstruktion ist einerseits
relativ teuer, andererseits wegen der Vielzahl der Elemente
weniger betriebssicher und schließlich insbesondere am
äußeren Walzenumfang extrem platzaufwendig, so daß Zusatz
einrichtungen wie Schaber und dergleichen nur noch schwierig
unterzubringen sind.
Zudem macht es ingenieurmäßig wenig Sinn, eine innere
Heizeinrichtung zu haben, die im wesentlichen nur während
des Auf- und Abheizens zur Anpassung der Temperatur am
Innenumfang des Walzenrohrs an die des Außenumfangs zum
Einsatz kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei
der Methode "Δ T = O" durch die ungleichmäßige Verteilung
der Heizleistungen auftretenden Mißhelligkeiten zu redu
zieren.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge
gebene erfindungsgemäße Betriebsweise gelöst.
Das Grundprinzip besteht darin, eine Aufteilung der
Temperierleistungen dahin vorzunehmen, daß der inneren
Temperiereinrichtung der Ausgleich der systembedingten
Anteile zufällt, während die äußere Temperiereinrichtung
für die bahnbedingten Anteile zuständig ist.
Im Falle einer Heizwalze ist also die innere Heiz
einrichtung in ihrer Leistung so einzustellen, daß mit
ihrer Hilfe neben den Wärmeverlusten in den Rohrleitungen
und gegebenenfalls in der Hydraulik auch die
Strahlungs- und Konvektionsverluste des Walzenrohrs abgedeckt werden.
Die äußere Heizeinrichtung steuert die Wärmemenge bei,
die von der Materialbahn fortgeführt wird.
Bei dieser Art der Steuerung wird ein Temperaturgradient
zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des Walzenrohrs
in Kauf genommen, der jedoch deutlich niedriger ist als
bei einer Beheizung des Walzenrohrs nur vom Innern her.
Gegenüber dieser Methode nimmt der Temperaturgradient in
Abhängigkeit vom Walzendurchmesser, von der Geschwindigkeit
sowie der Beschaffenheit der Papierbahn (Flächengewicht,
Dicke, Feuchte usw.) beispielsweise um 30 bis 40% ab,
so daß die Wärmespannungen in einer erträglichen Größen
ordnung verbleiben.
Andererseits hat die erfindungsgemäße Steuerung den
Vorteil, daß ein Überschießen der Temperatur der Walzen
oberfläche im Falle eines Materialbahnrisses vermieden
werden kann. Gemeint ist besonders eine Walze zur Behandlung
von Papierbahnen mit höheren Temperaturen. Bei solchen
Anordnungen in Kalandern oder dergleichen muß ab und zu
mit einem Papierbahnriß gerechnet werden.
Bei der Methode "Δ T = O" kann zwar ein solches Über
schießen vermieden werden, indem die äußere Heizeinrichtung
bei einem Riß der Materialbahn sofort wesentlich reduziert
wird. Bei der Beheizung nur von innen her schießt jedoch
bei einem Riß der Materialbahn die Temperatur an der äußeren
Walzenoberfläche nach oben, da die Temperatur des Wärmeträ
germediums im Innern der Walze wegen der Wärmespannungen
nur langsam zurückgefahren werden kann und von außen nur
begrenzt Kühlleistung zur Verfügung steht. Wegen des von
innen nach außen bestehenden starken Temperaturgradienten
und der innen viel höheren Temperatur wandert die in den
inneren Bereichen des Walzenrohrs gespeicherte Wärmeenergie
dem Gradienten folgend rasch nach außen und steigert dort
die Temperatur, weil keine Wärmeabnahme mehr erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Steuerung wird bei einem
Riß der Materialbahn ebenso wie bei "Δ T = O" die äußere
Heizeinrichtung weggeschaltet. Da die innere Heizeinrichtung
die systembedingten Anteile deckt und insbesondere die
Strahlungs-, Leitungs- und Konvektionsverluste des Walzen
rohrs ausgleicht, die von dem Wegfall der Materialbahn
nicht wesentlich berührt werden, bleibt die Temperatur
am arbeitenden Walzenumfang bei einem Fehlen der Material
bahn sogar unverändert. Die Walze läuft bei einem Riß
der Materialbahn einfach weiter, und es entsteht keine
Fehlproduktion und keine Gefährdung der Gegenwalzen durch
Überhitzung.
Bei der erfindungsgemäßen Steuerung entsteht eine
Verringerung des Kostenaufwandes für die äußere Heizein
richtung, da die ohnehin vorhandene Innenheizung zu 30
bis 50% auch im stationären Betrieb mit Materialbahn zum
Leistungseintrag herangezogen wird und dieser sich somit
gleichmäßiger verteilt. Wegen der dadurch möglichen Ver
ringerung der Zahl von am Außenumfang der Walze anzubrin
genden Komponenten ergibt sich außer einer höheren Betriebs
sicherheit auch mehr Platz am Walzenumfang für die Anbrin
gung von Schabern und ähnlichem.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2
erfolgt die Einstellung der Wärmeleistung der inneren Tem
periereinrichtung bei nicht mit der temperierbaren Walze
in Berührung befindlicher Materialbahn, und zwar so, daß
am Außenumfang der temperierbaren Walze die im Betrieb,
wenn also die Materialbahn an der temperierbaren Walze
anliegt und Wärme abführt oder abgibt, angestrebte Tempe
ratur vorliegt, die sich dann beim Hinzufügen der Material
bahn nicht ändert, weil der dann neu auftretende Wärmebe
darf durch die gleichzeitig zugeschaltete äußere Heizein
richtung gedeckt wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei einer Ände
rung der Breite der Materialbahn durch eine Änderung der
Wirkungsbreite beispielsweise einer äußeren Heizeinrichtung
relativ leicht eine Anpassung der Beheizung an die Bahn
breite erfolgen kann (Anspruch 3). Die innere Heizeinrich
tung bleibt hiervon unberührt.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist vorstehend überwie
gend am Beispiel einer Heizwalze erläutert worden, doch ver
steht es sich, daß die Gesichtspunkte für den Fall einer
Kühlwalze in entsprechender Weise gelten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er
findung an einer Heizwalze schematisch dargestellt.
Die als ganzes mit 10 bezeichnete Heizwalze umfaßt
eine dickwandige Hohlwalze 1 aus Hartguß, welche einen
Innenumfang 2 und einen Außenumfang 3 aufweist. In die
Hohlwalze 1 sind unter der Oberfläche achsparallele, über
den Umfang gleichmäßig verteilte Längsbohrungen 4 einge
bracht, die nach einem bestimmten System von einem fluiden
Wärmeträgermedium durchströmt werden. Die Längsbohrungen 4
stehen über Leitungen 5 und 6 mit einem Wärmetauscher 7
in Verbindung. Die Längsbohrungen 4 und der Wärmetauscher
7 bilden zusammen die "innere Heizeinrichtung 12". Die
Verbindung der Längsbohrungen 4 mit dem Wärmetauscher 7
wird nur schematisch durch die Leitungen 5, 6 dargestellt.
Tatsächlich sind an den Enden der Walze 10 Drehanschlüsse
für die Zuleitung des fluiden Wärmeträgermediums vorge
sehen.
Die Hohlwalze 1 kann alleine den Walzenkörper bilden
und an den Enden Walzenzapfen aufweisen, in denen sie in
einem Walzenständer gelagert ist. Es ist aber auch möglich,
daß die Hohlwalze 1 die Hohlwalze einer durchbiegungssteu
erbaren Walze ist, bei der die Hohlwalze 1 der Länge nach
von einem undrehbaren Querhaupt 8 durchgriffen ist, welches
an den Enden aus der Hohlwalze 1 hervorsteht und dort in
einem äußeren Walzenständer abgestützt ist. Die Hohlwalze
1 dreht sich um das undrehbare Querhaupt 8. An diesem ist
eine hydraulische Stützeinrichtung 9 angebracht, welche
auf der Seite des Walzspalts 11 gegen den Innenumfang 2
der Hohlwalze 1 wirkt und die zur Bildung des Liniendrucks
in dem Walzspalt 11 erforderliche Kraft aufbringt. Das
undrehbare Querhaupt 8 biegt sich unter dieser Kraft durch.
Es hat ringsum Abstand vom Innenumfang 2 der Hohlwalze 1,
so daß die Durchbiegung möglich ist, ohne daß die vorbei
laufende Hohlwalze 1 berührt wird.
Der inneren Heizeinrichtung 12 ist eine äußere Heiz
einrichtung 13 zugeordnet, die als induktive Heizeinrich
tung ausgebildet ist und mehrere längs der Walze 10 ange
ordnete induktive Polschuhe 14 umfaßt.
Die Polschuhe 14 sind ebenso wie der Wärmetauscher 7
über Leitungen mit einer als Ganzes mit 20 bezeichneten
Steuereinrichtung verbunden, die der inneren bzw. äußeren
Heizeinrichtung 12 bzw. 13 jeweils bestimmte Anteile an
Heizleistung zuweist, die symbolisch durch die Felder 30
und 40 dargestellt sind.
Die Heizwalze 10 bildet mit einer Gegenwalze 15 den
Walzspalt 11, durch den eine Warenbahn 16 im Sinne des
Pfeiles 17 hindurchläuft. Dabei nimmt die Warenbahn 16
von dem den arbeitenden Walzenumfang bildenden Außenumfang
3 der Walze 10 Wärme mit, die durch die symbolische Fläche
30 dargestellt ist und von der äußeren Heizeinrichtung 13
geliefert wird.
Die Walze 10 ist im Betrieb sehr heiß und verliert
Wärme durch Abstrahlung, die durch das Feld 41 symbolisiert
ist. Außerdem geht Wärme durch Konvektion, d. h. durch Auf
heizung der Umgebungsluft verloren. Dies entspricht dem
Feld 42. Das Feld 43 stellt einen Wärmeanteil dar, der
durch Leitung an den Enden der Walze 10 an dem Maschinen
ständer oder dergleichen verlorengeht. 44 sind die Wärme
verluste, die in den Leitungen 5 und 6 auftreten. 45 sind
Wärmeverluste, die durch Übertragung von Wärme an die hy
draulische Stützeinrichtung 9 eintreten und ebenfalls aus
der Walze 10 abgeführte Wärme darstellen. Alle diese Kom
ponenten zusammen bilden den Energiebetrag 40, und dieser
Energiebetrag wird ausschließlich über die innere Heiz
einrichtung 12 beigesteuert.
30 ist also der bahnbedingte Wärmeanteil, 40 der
system- oder walzenbedingte Wärmeanteil. Wenn die Bahn 16 reißt
und keine Wärme mehr vom Umfang 3 der Walze 10 abgenommen
wird, wird die äußere Heizeinrichtung 13 sofort abgeschal
tet. An den Wärmeverlusten in der Walze 10 ändert sich
dadurch nichts. Die innere Heizeinrichtung 12 ist weiter
tätig, so daß die Wärmeverluste der Walze 10 ausgeglichen
werden und diese keinerlei Änderung ihres Temperaturzu
standes erfährt. Sobald die Bahn 10 wieder eingefädelt
ist, wird die äußere Heizeinrichtung 13 wieder eingeschal
tet und steuert den Bahnanteil 30 bei.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung der Temperierung einer
temperierbaren Walze (10) zur Behandlung einer Material
bahn (16),
mit einer inneren Temperiereinrichtung (12), die von innen her der Walze (10) Wärme zuführt oder Wärme aus der Walze (10) abführt,
mit einer äußeren Temperiereinrichtung (13), die die temperierbare Walze (10) von außen her temperiert,
und mit einer an die beiden Temperiereinrichtungen (12, 13) angeschlossenen Steuereinrichtung (20), die die Wärmeleistung der beiden Temperiereinrichtungen (12, 13) steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeleistung der inneren Temperiereinrichtung (12) so bemessen wird, daß sie den inneren Wärmeumsatz der Walze (10) und die durch Strahlung, Konvektion und Leitung bedingten Wärmeverluste der Walze ausgleicht,
und daß die Temperierleistung der äußeren Temperier einrichtung (13) die mit der Materialbahn (16) ausgetauschte Wärmemenge deckt.
mit einer inneren Temperiereinrichtung (12), die von innen her der Walze (10) Wärme zuführt oder Wärme aus der Walze (10) abführt,
mit einer äußeren Temperiereinrichtung (13), die die temperierbare Walze (10) von außen her temperiert,
und mit einer an die beiden Temperiereinrichtungen (12, 13) angeschlossenen Steuereinrichtung (20), die die Wärmeleistung der beiden Temperiereinrichtungen (12, 13) steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeleistung der inneren Temperiereinrichtung (12) so bemessen wird, daß sie den inneren Wärmeumsatz der Walze (10) und die durch Strahlung, Konvektion und Leitung bedingten Wärmeverluste der Walze ausgleicht,
und daß die Temperierleistung der äußeren Temperier einrichtung (13) die mit der Materialbahn (16) ausgetauschte Wärmemenge deckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellung der Wärmeleistung der inneren Temperier
einrichtung (12) bei nicht mit der temperierbaren Walze (10)
in Berührung befindlicher Materialbahn (16) derart erfolgt,
daß am Außenumfang (3) der temperierbaren Walze (10) die
im Betrieb mit Materialbahn (16) angestrebte Temperatur
vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch Einstellung der Wirkungsbreite der äuß
eren Temperiereinrichtung (13) eine Anpassung der Temperie
rung in Breitenrichtung an die Breite der Materialbahn (16)
erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924200608 DE4200608C3 (de) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Steuerung der Temperierung einer temperierbaren Walze |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924200608 DE4200608C3 (de) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Steuerung der Temperierung einer temperierbaren Walze |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4200608A1 true DE4200608A1 (de) | 1993-07-15 |
DE4200608C2 DE4200608C2 (de) | 1994-11-10 |
DE4200608C3 DE4200608C3 (de) | 1998-12-10 |
Family
ID=6449409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924200608 Expired - Fee Related DE4200608C3 (de) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Steuerung der Temperierung einer temperierbaren Walze |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4200608C3 (de) |
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- 1992-01-13 DE DE19924200608 patent/DE4200608C3/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
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