EP0412305A2 - Apparatus for controlling the thickness of a web passing through a press nip - Google Patents
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- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
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Definitions
- the invention relates to a device for controlling the thickness of a web of material running through a nip, in which the diameter of at least one of the rolls delimiting the nip can be changed as a function of temperature.
- the two rolls forming a nip are thermally influenced with the aid of air, the air in the immediate vicinity of the roll surface being selectively heated by a heating device and the energy exchange between those exiting from the nozzles , heated air and the roller surface along a directly adjoining the roller surface, gap-like and arcuate region of substantially constant thickness.
- the heat transfer takes place here by convection, ie the rollers to be heated are heated by the heat transfer medium warm air.
- the roller is heated from the outer top area, the heat being dissipated from the surface into the interior of the goods by heat conduction.
- a disadvantage of this method is that air must first be heated in order to be able to heat the rolls.
- Infrared radiation begins in the electromagnetic spectrum immediately next to visible light at around 0.78 ⁇ m and ends at around 200 ⁇ m.
- the technically preferred spectrum is in the range between about 0.8 and 10 ⁇ m.
- the invention is based on the effect that two bodies which have different temperatures endeavor to compensate for this state in that the warmer body supplies heat to the colder body by means of heat radiation.
- the warmer body sends out infrared rays.
- the higher the temperature difference the greater the heat transfer using the infrared rays.
- the present invention thus requires neither convection heat nor contact heat. The heat transfer takes place only by radiation.
- the irradiation device has a multiplicity of emitters which are arranged essentially parallel to one another.
- the arrangement of a large number of radiators, which are arranged along the longitudinal extent of the roll, allows the roll thickness and thus the size of the roll gap to be influenced separately in a large number of zones. There are basically as many controllable zones as there are radiators.
- the radiators are advantageously rod-shaped. Due to the design of the emitters as rods, the device can be used for practically any roll diameter. When changing the roller diameter, it is therefore not necessary to adapt the device to the new roller diameter. A point on the roller surface that runs past the radiator is also not suddenly exposed to a radiation field of high intensity by the device. Rather, it takes Radiation intensity gradually increases and gradually decreases again after reaching a maximum. The roller surface is therefore only exposed to gradual changes in temperature. Jumps in temperature that could lead to heavy material stress on the roller surface are largely avoided.
- the width of a zone can practically be reduced to the width of an emitter.
- the resolution of the roll gap thickness control in the axial direction of the roll can be increased significantly.
- the irradiation device advantageously has modules, each module having at least one radiator.
- Each module preferably has two radiators, wherein each radiator can also be designed as a twin tube.
- the modular structure allows the device to be adapted to different roll lengths. In addition, it simplifies maintenance, since each module can be easily replaced in the event of a possible defect, without having to disassemble the entire device.
- a protective pane in particular made of quartz glass, which is permeable to the infrared radiation of the radiators is arranged between the radiator and the roller.
- the protective screen has several advantages. On the one hand, it prevents dirt particles adhering to the roller, which can come loose due to the centrifugal force, from reaching the infrared radiator and contaminating it. Secondly, they protect the heater from uncontrolled temperature influences, which can arise from fluctuations in the air temperature in the immediate vicinity of the roller. The air from the roller surface cannot reach the heater directly. In addition, the protection use the disc as a reflector for the back radiation emanating from the roller. As mentioned at the beginning, every body radiates radiation that is characteristic of its temperature.
- the temperature of the roller remains far below the temperature of the heater.
- the radiation emanating from the roller is therefore considerably longer-wave than the radiation from the emitter.
- the material of the protective pane for example quartz glass, it can be achieved that the longer-wave radiation is better reflected by the roller on the pane than the shorter-wave radiation of the emitter, which can pass through the pane practically unhindered.
- the protective screen itself does not heat up. This avoids that parts of the material web, which may still adhere to the roller, can come into contact with the hot jets and ignite, which can lead to great dangers, particularly in paper processing.
- Each module advantageously has a reflector on the side of the radiators facing away from the roller.
- the reflector enables the radiation from the radiator, which is not directed directly onto the roller, to be directed indirectly onto the roller anyway. This enables better concentration of the radiation in the direction of the roller.
- the reflector can also be attached, for example vapor-deposited, on the “back” of the radiator.
- a cooling device which keeps the radiation device in a predetermined temperature range.
- a cooling device is understood to mean any device that is able to keep the temperature of the irradiation device below the radiator temperature. The action of the cooling device largely prevents jumps in temperature. This allows the radiators to have a longer service life. Furthermore the cooling air also limits the temperature of the housing of the radiation device. When using stainless steel, the temperature of the housing should remain below 250 ° C in order to avoid tarnishing or discoloration of the stainless steel and thus impairing the appearance and the reflection properties. The temperature of the radiation device need not be constant. It is sufficient if the change in temperature over time does not exceed a predetermined level and a certain temperature range is maintained during operation.
- the cooling device preferably has a blower and air guiding devices which guide cooling air through the irradiation device.
- the temperature control with the aid of ambient air, which generally does not exceed a predetermined temperature, can be carried out in a simple and inexpensive manner.
- each module has its own cooling air connection. This allows the special temperature requirements of each module to be taken into account. Modules whose emitters emit more energy also have to be cooled more in order to keep the temperature of the module in a predetermined range.
- the supply of the cooling air to each module can be regulated centrally or locally, for example by flaps in the cooling air connection.
- the reflector advantageously has openings for the entry of the cooling air into a radiator chamber formed between the reflector and the protective screen.
- the cooling air is therefore directed from "behind”, ie from the side facing away from the roller, around the radiators. Because the openings are arranged in the reflector, cooling air flows through the reflector, as a result of which the reflector is sufficiently cooled. At the same time, an air flow is generated towards the pane.
- the openings in the reflector are arranged in an area that is cut by a plane perpendicular to the reflector in which the radiator is also located.
- the openings are in an area which is defined by dropping the solder from the radiator onto the reflector.
- the reflectivity of the reflector is reduced in this area.
- this disadvantage is not very significant, since the radiation that strikes the reflector perpendicularly can also only be reflected vertically and would thus hit the radiator again and not the roller.
- the preferred arrangement of the openings means that the cooling air can be introduced without the reflection being greatly reduced.
- the air emerges from the heater chamber in the direction of the roller.
- the cooling air heats up as it flows through the heater chamber and usually becomes warmer than the temperature of the roller surface.
- it is advantageous to direct it onto the roller surface. As part of the temperature difference between the cooling air and the roller surface, an additional small energy exchange takes place.
- the air is advantageously discharged through at least one slot which extends parallel to the axis of the roller in the vicinity of the roller surface.
- the air is directed specifically onto the roller surface.
- the infrared radiation is preferably short to medium-wave.
- the wavelength of the radiation essentially depends on the temperature of the radiator. Radiator temperatures of 1,000 to 2,000 ° C are preferred, which is a wavelength corresponds to a range from about 1.3 to about 2.3 ⁇ m.
- Short-wave radiators also have better control behavior. Short-wave emitters can namely be switched on or off similar to an incandescent lamp. The temperature control can therefore be done very quickly. The operator can choose between slow and fast heating, for example a temperature increase between 0.5 ° and 3 ° C per minute.
- each radiator Since it is intended to cool the radiation device, but on the other hand the temperature of the radiators should not be reduced, each radiator has at least one freely suspended coil.
- This coil which is the actual location of the radiation generation, is heated by the supplied electrical energy, but is not cooled by the cooling air due to the lack of heat conduction. This means that the wavelength and the frequency of the radiator are always kept in a predetermined range.
- the radiation device is thermally insulated on the side facing away from the roller.
- the isolation is advantageously carried out by an insulating layer on the outside of the radiation device. This prevents the irradiation device from radiating in the "wrong" direction, namely in the direction facing away from the roller. Rather, almost all of the radiation energy is emitted towards the roller, which makes it possible to work economically with the energy used.
- Roll stacks 2 of this type generally serve to change the properties of the material passing through them.
- such roller stacks serve to adjust the thickness of such a material web 1.
- the aim is to keep the thickness of the material web 1 constant across the direction of movement. Any unevenness that occurs can be compensated for by making the nip thinner at the point where the material web is too thick, while making it thicker at the points where the material web is too thin. It is usually sufficient to set the thickness of a single nip 4.
- a roller 5, which delimits the nip 4 is heated by a heating device 6, as a result of which it expands and reduces the nip.
- the size of the nip 4 can be changed accordingly over the length of the roller 5 by a targeted distribution of the heating energy over the length of the roller 5. If, for example, the heating device is operated in such a way that it only heats up the roller 5 in its axial center, the roller gap 4 also becomes thinner only in the axial center of the roller 5, but remains unchanged at its ends.
- the heating device 6 is mounted on a lever linkage 10 which can be pivoted with the aid of a piston-cylinder arrangement 8 about a pivot point 9 which is fastened to a base 7. In this way it is possible to bring the heating device into a working position where it can emit the heating power by radiation to the roller 5. In a maintenance position (FIG. 2), on the other hand, it is possible to carry out maintenance and repair work without the roller stack 2 hindering access to the heating device 6.
- the thickness of the material web 1 leaving the roll stack 2 is continuously determined by a measuring device 35.
- the measuring device reports the determined data to a control device 36, which controls the heating device 6 in such a way that the heat distribution over the axial length of the roll 5 leads to a uniformization of the thickness of the roll gap 4 and thus to a compensation of the uneven thickness distribution of the material web 1.
- the heating device 6 has a number of identical modules 26-30.
- Each module has two radiators 12, which are designed as twin tube radiators.
- Each twin tube heater has a double piston 31, in which two coils 32, 33 are suspended in such a way that, apart from their attachment to sockets 37, 38, they have no contact with the piston 31.
- the radiator 12 is suspended with its sockets 37, 38 in housing sockets 13, 14, which are each connected to brackets 15, 16, which in turn extend between two side walls 17 of a module 26-30.
- the side walls 17 form parts of a housing 18.
- a reflector is arranged in the housing 18 on the side of the radiator 12 opposite the roller. The reflector reflects the infrared rays of the radiator 12, which are emitted by the radiator in the wrong direction, ie in the direction facing away from the roller 5.
- the side walls 17 of the housing 18 can also be designed as reflectors.
- the width of the modules can be reduced to the width of a single radiator. This enables the roll gap thickness control to be resolved in the axial direction up to the order of magnitude of approx. 20 mm, i.e. the "roller disks" whose diameter is to be influenced are only about 20 mm wide. As a result, the material web 1 can be manufactured much more uniformly and thus with better quality.
- a radiator chamber 21 is formed by the protective pane 20, the reflector 19 and the side walls 17 of the housing 18. A defined temperature environment can now be created in this radiator chamber 21.
- the protective disk 20 not only prevents dirt particles, which adhere to the surface of the roller 5 and possibly loosen in the area of the emitter 12, from contaminating the emitter and igniting. The protective disc 20 also prevents air vortices, which are unavoidably caused by the movement of the roller 5, from cooling the radiator 12 in an uncontrolled manner.
- a cooling air supply line 11 is provided, which is supplied with cooling air by a pipe system (not shown) and a blower (also not shown).
- Air entering the air inlet 11 into the housing 18 is passed through openings 23 in the reflector into the radiator chamber 21.
- Each module 26-30 has its own air inlet 11, so that the temperature in the heater chamber 21 of each module 26-30 can be set independently of the temperature in the heater chambers of other modules.
- the air that enters the housing 18 through the air inlet 11 can escape again through slot-shaped openings 24, 25.
- the slot-shaped openings 24, 25 extend parallel to the axis of the roller 5 and direct the escaping air against the surface of the roller 5. This makes part of the energy that the air receives as it travels through the heater chamber 21 useful for heating the roller 5 used.
- Each radiator 12 is connected to the control unit 36 via an electrical feed line 22.
- the control unit supplies each radiator 12 with so much electrical power that the filaments 32, 33 of the radiator heat up to a temperature between approximately 1,000 and 2,000 ° C.
- the radiators 12 then emit infrared radiation with a wavelength between approximately 1.3 and approximately 2.3 ⁇ m. This leads to a relatively high energy density on the roller surface, which heats up the roller relatively quickly and thus also changes the diameter of the roller 5 relatively quickly. If the electrical energy that is supplied via the electrical supply line 22 is switched off, the radiator 12 stops heating relatively quickly.
- the roller is cooled, inter alia by the material web 1, and contracts, as a result of which the roller gap 4 is enlarged at the point at which the radiator 12 is switched off. This makes it possible to change the thickness of the nip relatively quickly.
- the housing 18 is surrounded by an insulating layer 34 (only shown in FIG. 3).
- the insulating layer 34 provides thermal insulation of the housing. Radiates on the side of the housing 18 facing away from the roller 5 therefore only relatively little heat. This prevents the environment on the side of the housing 18 facing away from the roller 5 from overheating and enables almost all of the energy of the infrared radiators 12 to be directed onto the roller 5.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Dicke einer durch einen Walzenspalt laufenden Materialbahn, bei der der Durchmesser mindestens einer der den Walzenspalt begrenzenden Walzen temperaturabhängig veränderbar ist.The invention relates to a device for controlling the thickness of a web of material running through a nip, in which the diameter of at least one of the rolls delimiting the nip can be changed as a function of temperature.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-PS 35 28 365) werden die beiden einen Walzenspalt bildenden Walzen mit Hilfe von Luft thermisch beeinflußt, wobei die Luft in unmittelbarer Nähe der Walzenoberfläche durch eine Heizeinrichtung selektiv erwärmt wird und der Energieaustausch zwischen der aus Düsen ausgetretenen, erhitzten Luft und der Walzenoberfläche längs eines sich unmittelbar an die Walzenoberfläche anschließenden, spaltartigen und bogenförmigen Bereichs von im wesentlich konstanter Dicke erfolgt. Die Wärmeübertragung erfolgt hier also durch Konvektion, d.h. die zu erwärmenden Walzen werden durch das Wärmeübertragungsmedium Warmluft erwärmt. Die Erwärmung der Walze erfolgt von der äußeren Ober fläche her, wobei die Wärmeabfuhr von der Oberfläche in das Innere des Gutes durch Wärmeleitung erfolgt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß zunächst Luft erwärmt werden muß, um die Walzen erwärmen zu können. Da bei jedem Wärmeübergang ein gewisser Energieverlust auftritt, ergibt sich bei der bekannten Vorrichtung ein hoher Energieaufwand. Durch konstruktive Maßnahmen muß darauf geachtet werden, daß die Vorrichtung einen die Walzenoberfläche spaltartig und bogenförmig umgebenden, im wesentlichen geschlossenen Raum bereit stellt, in dem die Luft in Kontakt mit der Walzenoberfläche gehalten wird. Für jeden Walzendurchmesser ist also eine neue Vorrichtung mit an den Walzendurchmesser angepaßten Wärmeübertragungsraum notwendig.In a known device of this type (DE-PS 35 28 365), the two rolls forming a nip are thermally influenced with the aid of air, the air in the immediate vicinity of the roll surface being selectively heated by a heating device and the energy exchange between those exiting from the nozzles , heated air and the roller surface along a directly adjoining the roller surface, gap-like and arcuate region of substantially constant thickness. The heat transfer takes place here by convection, ie the rollers to be heated are heated by the heat transfer medium warm air. The roller is heated from the outer top area, the heat being dissipated from the surface into the interior of the goods by heat conduction. A disadvantage of this method is that air must first be heated in order to be able to heat the rolls. Since a certain loss of energy occurs with each heat transfer, the known device results in a high expenditure of energy. Design measures must be taken to ensure that the device provides an essentially closed space surrounding the roll surface in a gap-like and arc-shaped manner, in which the air is kept in contact with the roll surface. A new device with a heat transfer space adapted to the roll diameter is therefore necessary for each roll diameter.
Aus US-PS 43 84 514 ist es bekannt, die Oberfläche einer Walze mit Hilfe von Wirbelströmen zu erwärmen. Um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad zu erhalten, muß man darauf achten, daß der Luftspalt, d.h. der Abstand zwischen der Erregervorrichtung und der Walzenoberfläche möglichst klein bleibt. Die Form des Polschuhs der Erregervorrichtung muß daher dem Walzendurchmesser angepaßt werden. Darüber hinaus ist die Erwärmung mit Hilfe von Wirbelströmen auf bestimmte Walzenwerkstoffe beschränkt, die bestimmte Anforderungen an den elektrischen und magnetischen Widerstand erfüllen.From US-PS 43 84 514 it is known to heat the surface of a roller using eddy currents. To obtain a satisfactory level of efficiency, care must be taken that the air gap, i.e. the distance between the excitation device and the roller surface remains as small as possible. The shape of the pole piece of the excitation device must therefore be adapted to the roller diameter. In addition, eddy current heating is restricted to certain roller materials that meet certain electrical and magnetic resistance requirements.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Steuern der Dicke einer durch einen Walzenspalt laufenden Materialbahn anzugeben, die universeller einsetzbar ist.It is the object of the present invention to provide a device for controlling the thickness of a material web running through a nip, which can be used more universally.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen ist, die die Walze an einem Teil ihres Umfangs mit Infrarot-Strahlung bestrahlt.This object is achieved in a device of the type mentioned in the introduction in that an irradiation device is provided which irradiates the roller with infrared radiation over part of its circumference.
Die Infrarot-Strahlung beginnt im elektromagnetischem Spektrum unmittelbar neben dem sichtbaren Licht bei etwa 0,78 µm und endet bei etwa 200 µm. Das technisch bevorzugt genutzte Spektrum bewegt sich im Bereich zwischen etwa 0,8 und 10 µm. Dabei unterscheidet man kurzwellige Strahlung zwischen etwa 0,9 und etwa 1,9 µm, mittelwellige Strahlung zwischen etwa 1,9 und 3,1 µm und langwellige Strahlung zwischen etwa 3,1 und etwa 6,0 µm. Die Erfindung beruht auf dem Effekt, daß zwei Körper, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen, bestrebt sind, diesen Zustand auszugleichen, indem der wärmere Körper dem kälteren durch Wärmestrahlung Wärme zuführt. Der wärmere Körper sendet also Infrarotstrahlen aus. Je höher die Temperaturdifferenz ist, desto stärker ist die Wärmeübertragung mit Hilfe der Infrarotstrahlen. Die vorliegende Erfindung benötigt also weder Konvektionswärme noch Kontaktwärme. Die Wärmeübertragung erfolgt lediglich durch Strahlung.Infrared radiation begins in the electromagnetic spectrum immediately next to visible light at around 0.78 µm and ends at around 200 µm. The technically preferred spectrum is in the range between about 0.8 and 10 µm. A distinction is made between short-wave radiation between about 0.9 and about 1.9 µm, medium-wave radiation between about 1.9 and 3.1 µm and long-wave radiation between about 3.1 and about 6.0 µm. The invention is based on the effect that two bodies which have different temperatures endeavor to compensate for this state in that the warmer body supplies heat to the colder body by means of heat radiation. The warmer body sends out infrared rays. The higher the temperature difference, the greater the heat transfer using the infrared rays. The present invention thus requires neither convection heat nor contact heat. The heat transfer takes place only by radiation.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bestrahlungsvorrichtung eine Vielzahl von Strahlern auf, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Strahlern, die entlang der Längserstreckung der Walze angeordnet sind, läßt sich die Walzendicke und damit die Größe des Walzenspaltes in einer Vielzahl von Zonen getrennt beeinflussen. Grundsätzlich gibt es so viele regelbare Zonen, wie Strahler vorgesehen sind.In a preferred embodiment, the irradiation device has a multiplicity of emitters which are arranged essentially parallel to one another. The arrangement of a large number of radiators, which are arranged along the longitudinal extent of the roll, allows the roll thickness and thus the size of the roll gap to be influenced separately in a large number of zones. There are basically as many controllable zones as there are radiators.
Mit Vorteil sind die Strahler stabförmig ausgebildet. Durch die Ausbildung der Strahler als Stäbe ist die Vorrichtung praktisch für jeden Walzendurchmesser verwendbar. Bei einem Wechsel des Walzendurchmessers ist also keine Anpassung der Vorrichtung an den neuen Walzendurchmesser notwendig. Ein Punkt auf der Walzenoberfläche, der an dem Strahler vorbeiläuft, wird durch die Vorrichtung auch nicht schlagartig einem Strahlungsfeld hoher Intensität ausgesetzt. Vielmehr nimmt die Strahlungsintensität allmählich zu und nach Erreichen eines Maximums allmählich auch wieder ab. Die Walzenoberfläche wird daher nur allmählichen Temperaturänderungen ausgesetzt. Temperatursprünge, die zu einer starken Materialbeanspruchung an der Walzenoberfläche führen könnten, werden weitgehend vermieden.The radiators are advantageously rod-shaped. Due to the design of the emitters as rods, the device can be used for practically any roll diameter. When changing the roller diameter, it is therefore not necessary to adapt the device to the new roller diameter. A point on the roller surface that runs past the radiator is also not suddenly exposed to a radiation field of high intensity by the device. Rather, it takes Radiation intensity gradually increases and gradually decreases again after reaching a maximum. The roller surface is therefore only exposed to gradual changes in temperature. Jumps in temperature that could lead to heavy material stress on the roller surface are largely avoided.
Wenn die Strahler im wesentlichen parallel zu einer Senkrechten zur Walzenachse angeordnet sind, läßt sich die Breite einer Zone praktisch auf die Breite eines Strahlers verringern. Dadurch läßt sich die Auflösung der Walzenspaltdickenregelung in Axialrichtung der Walze wesentlich erhöhen.If the emitters are arranged essentially parallel to a perpendicular to the roller axis, the width of a zone can practically be reduced to the width of an emitter. As a result, the resolution of the roll gap thickness control in the axial direction of the roll can be increased significantly.
Mit Vorteil weist die Bestrahlungsvorrichtung Module auf, wobei jedes Modul mindestens einen Strahler aufweist. Vorzugsweise weist jedes Modul zwei Strahler auf, wobei jeder Strahler auch als Zwillingsrohr ausgebildet sein kann. Der modulartige Aufbau erlaubt eine Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Walzenlängen. Darüber hinaus vereinfacht er die Wartung, da jedes Modul bei einem möglichen Defekt einfach ausgetauscht werden kann, ohne daß die gesamte Vorrichtung zerlegt werden muß.The irradiation device advantageously has modules, each module having at least one radiator. Each module preferably has two radiators, wherein each radiator can also be designed as a twin tube. The modular structure allows the device to be adapted to different roll lengths. In addition, it simplifies maintenance, since each module can be easily replaced in the event of a possible defect, without having to disassemble the entire device.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Strahler und der Walze eine für die Infrarot-Strahlung der Strahler durchlässige Schutzscheibe, insbesondere aus Quarzglas, angeordnet. Die Schutzscheibe hat mehrere Vorteile. Zum einen verhindert sie, daß an der Walze anhaftende Schmutzpartikel, die sich aufgrund der Zentrifugalkraft lösen können, an den Infrarot-Strahler gelangen und ihn verschmutzen können. Zum zweiten schützen sie den Strahler vor unkontrollierten Temperatureinflüssen, die durch Schwankungen der Lufttemperatur in der unmittelbaren Umgebung der Walze entstehen können. Die Luft von der Walzenoberfläche kann nicht direkt zum Strahler gelangen. Darüber hinaus läßt sich die Schutz scheibe auch als Reflektor für die von der Walze ausgehende Rück-Strahlung verwenden. Wie eingangs erwähnt, strahlt jeder Körper mit einer für seine Temperatur charakteristische Strahlung. Die Temperatur der Walze bleibt weit unter der Temperatur des Strahlers. Die von der Walze ausgehende Strahlung ist also wesentlich langwelliger als die Strahlung des Strahlers. Durch geeignete Wahl des Werkstoffs der Schutzscheibe, beispielsweise Quarzglas, läßt sich erreichen, daß die langwelligere Strahlung von der Walze an der Scheibe besser reflektiert wird als die kurzwelligere Strahlung des Strahlers, die die Scheibe praktisch ungehindert passieren kann. Die Schutzscheibe selbst heizt sich nicht auf. Dadurch wird vermieden, daß Teile der Materialbahn, die an der Walze möglicherweise noch anhaften, mit den heißen Strahlen in Berührung kommen können und sich entzünden, was insbesondere bei der Papierverarbeitung zu großen Gefahren führen kann.In a preferred embodiment, a protective pane, in particular made of quartz glass, which is permeable to the infrared radiation of the radiators is arranged between the radiator and the roller. The protective screen has several advantages. On the one hand, it prevents dirt particles adhering to the roller, which can come loose due to the centrifugal force, from reaching the infrared radiator and contaminating it. Secondly, they protect the heater from uncontrolled temperature influences, which can arise from fluctuations in the air temperature in the immediate vicinity of the roller. The air from the roller surface cannot reach the heater directly. In addition, the protection use the disc as a reflector for the back radiation emanating from the roller. As mentioned at the beginning, every body radiates radiation that is characteristic of its temperature. The temperature of the roller remains far below the temperature of the heater. The radiation emanating from the roller is therefore considerably longer-wave than the radiation from the emitter. By a suitable choice of the material of the protective pane, for example quartz glass, it can be achieved that the longer-wave radiation is better reflected by the roller on the pane than the shorter-wave radiation of the emitter, which can pass through the pane practically unhindered. The protective screen itself does not heat up. This avoids that parts of the material web, which may still adhere to the roller, can come into contact with the hot jets and ignite, which can lead to great dangers, particularly in paper processing.
Mit Vorteil weist jedes Modul auf der der Walze abgewandten Seite der Strahler einen Reflektor auf. Der Reflektor ermöglicht, daß die Strahlung des Strahlers, die nicht direkt auf die Walze gerichtet ist, indirekt trotzdem auf die Walze gelenkt werden kann. Dadurch ist eine bessere Bündelung der Strahlung in Richtung auf die Walze möglich. Der Reflektor kann auch auf der "Rückseite" des Strahlers angebracht, beispielsweise aufgedampft, sein.Each module advantageously has a reflector on the side of the radiators facing away from the roller. The reflector enables the radiation from the radiator, which is not directed directly onto the roller, to be directed indirectly onto the roller anyway. This enables better concentration of the radiation in the direction of the roller. The reflector can also be attached, for example vapor-deposited, on the “back” of the radiator.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die die Bestrahlungsvorrichtung in einem vorbestimmten Temperaturbereich hält. Unter Kühleinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die in der Lage ist, die Temperatur der Bestrahlungsvorrichtung unterhalb der Strahlertemperatur zu halten. Durch die Tätigkeit der Kühleinrichtung werden Temperatursprünge weitgehend vermieden. Dadurch läßt sich eine höhere Lebensdauer der Strahler erreichen. Darüber hinaus begrenzt die Kühlluft auch die Temperatur des Gehäuses der Bestrahlungsvorrichtung. Bei der Verwendung von Edelstahl sollte die Temperatur des Gehäuses unter 250° C bleiben, um ein Anlaufen oder eine Verfärbung des Edelstahls und damit eine Beeinträchtigung des Aussehens und der Reflektionseigenschaften zu vermeiden. Die Temperatur der Bestrahlungsvorrichtung muß nicht konstant sein. Es reicht aus, wenn die Temperaturänderung über der Zeit ein vorbestimmtes Maß nicht überschreitet und ein bestimmter Temperaturbereich im Betrieb eingehalten wird.In a preferred embodiment, a cooling device is provided which keeps the radiation device in a predetermined temperature range. A cooling device is understood to mean any device that is able to keep the temperature of the irradiation device below the radiator temperature. The action of the cooling device largely prevents jumps in temperature. This allows the radiators to have a longer service life. Furthermore the cooling air also limits the temperature of the housing of the radiation device. When using stainless steel, the temperature of the housing should remain below 250 ° C in order to avoid tarnishing or discoloration of the stainless steel and thus impairing the appearance and the reflection properties. The temperature of the radiation device need not be constant. It is sufficient if the change in temperature over time does not exceed a predetermined level and a certain temperature range is maintained during operation.
Bevorzugterweise weist die Kühleinrichtung ein Gebläse und Luftleiteinrichtungen auf, die Kühlluft durch die Bestrahlungsvorrichtung leiten. Die Temperaturregelung mit Hilfe von Umgebungsluft, die in der Regel eine vorbestimmte Tempertaur nicht überschreitet, läßt sich auf einfache und preisgünstige Weise durchführen.The cooling device preferably has a blower and air guiding devices which guide cooling air through the irradiation device. The temperature control with the aid of ambient air, which generally does not exceed a predetermined temperature, can be carried out in a simple and inexpensive manner.
Dabei ist es bevorzugt, daß jedes Modul einen eigenen Kühlluftanschluß aufweist. Damit kann den besonderen Temperaturerfordernissen eines jeden Moduls Rechnung getragen werden. Module, deren Strahler mehr Energie abgeben, müssen auch stärker gekühlt werden, um die Temperatur des Moduls in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Die Zufuhr der Kühlluft zu jedem Modul kann dabei zentral oder dezentral, beispielsweise durch Klappen im Kühlluftanschluß, geregelt werden.It is preferred that each module has its own cooling air connection. This allows the special temperature requirements of each module to be taken into account. Modules whose emitters emit more energy also have to be cooled more in order to keep the temperature of the module in a predetermined range. The supply of the cooling air to each module can be regulated centrally or locally, for example by flaps in the cooling air connection.
Mit Vorteil weist der Reflektor Öffnungen für den Eintritt der Kühlluft in eine zwischen Reflektor und Schutzscheibe gebildete Strahlerkammer auf. Die Kühlluft wird also von "hinten", also von der der Walze abgewandten Seite, um die Strahler herum geleitet. Dadurch, daß die Öffnungen im Reflektor angeordnet sind, wird der Reflektor von Kühlluft durchströmt, wodurch der Reflektor ausreichend gekühlt wird. Gleichzeitig wird ein Luftstrom in Richtung auf die Scheibe erzeugt.The reflector advantageously has openings for the entry of the cooling air into a radiator chamber formed between the reflector and the protective screen. The cooling air is therefore directed from "behind", ie from the side facing away from the roller, around the radiators. Because the openings are arranged in the reflector, cooling air flows through the reflector, as a result of which the reflector is sufficiently cooled. At the same time, an air flow is generated towards the pane.
Dabei ist besonders bevorzugt, daß die Öffnungen im Reflektor in einem Bereich angeordnet sind, der von einer Ebene senkrecht zum Reflektor geschnitten wird, in der auch der Strahler liegt. Mit anderen Worten befinden sich die Öffnungen in einem Bereich, der dadurch definiert ist, daß man vom Strahler das Lot auf den Reflektor fällt. Durch die Öffnungen wird zwar das Reflexionsvermögen des Reflektors in diesem Bereich vermindert. Dieser Nachteil fällt jedoch nicht sehr stark ins Gewicht, da die Strahlung, die senkrecht auf den Reflektor auftrifft, auch nur senkrecht reflektiert werden kann und somit erneut auf den Strahler und nicht auf die Walze treffen würde. Durch die bevorzugte Anordnung der Öffnungen läßt sich also die Kühlluft einleiten, ohne daß die Reflektion stark vermindert wird.It is particularly preferred that the openings in the reflector are arranged in an area that is cut by a plane perpendicular to the reflector in which the radiator is also located. In other words, the openings are in an area which is defined by dropping the solder from the radiator onto the reflector. Through the openings, the reflectivity of the reflector is reduced in this area. However, this disadvantage is not very significant, since the radiation that strikes the reflector perpendicularly can also only be reflected vertically and would thus hit the radiator again and not the roller. The preferred arrangement of the openings means that the cooling air can be introduced without the reflection being greatly reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Luftaustritt aus der Strahlerkammer in Richtung auf die Walze. Die Kühlluft heizt sich beim Durchströmen der Strahlerkammer auf und wird in der Regel wärmer als die Temperatur der Walzenoberfläche. Um auch die in der Kühlluft enthaltende Energie zu nutzen, ist es vorteilhaft, diese auf die Walzenoberfläche zu leiten. Im Rahmen der Temperaturdifferenz zwischen Kühlluft und Walzenoberfläche findet ein zusätzlicher kleiner Energieaustausch statt.In a preferred embodiment, the air emerges from the heater chamber in the direction of the roller. The cooling air heats up as it flows through the heater chamber and usually becomes warmer than the temperature of the roller surface. In order to also use the energy contained in the cooling air, it is advantageous to direct it onto the roller surface. As part of the temperature difference between the cooling air and the roller surface, an additional small energy exchange takes place.
Mit Vorteil erfolgt der Luftaustritt durch mindestens einen Schlitz, der sich parallel zur Achse der Walze in der Nähe der Walzenoberfläche erstreckt. Die Luft wird also gezielt auf die Walzenoberfläche geleitet.The air is advantageously discharged through at least one slot which extends parallel to the axis of the roller in the vicinity of the roller surface. The air is directed specifically onto the roller surface.
Bevorzugterweise ist die Infrarot-Strahlung kurz- bis mittelwellig. Je kurzwelliger die Strahlung ist, desto größer ist die Energiedichte der Strahlung. Die Wellenlänge der Strahlung hängt im wesentlichen von der Temperatur des Strahlers ab. Dabei werden Strahlertemperaturen von 1.000 bis 2.000° C bevorzugt, was einem Wellenlängen bereich von etwa 1,3 bis etwa 2,3 µm entspricht. Kurzwelligere Strahler haben außerdem ein besseres Regelverhalten. Kurzwellige Strahler lassen sich nämlich ähnlich einer Glühlampe zu- bzw. wegschalten. Die Temperaturregelung kann daher sehr schnell erfolgen. Der Betreiber kann zwischen langsamer und schneller Aufheizung wählen, z.B. einen Temperaturanstieg zwischen 0,5° und 3° C pro Minute.The infrared radiation is preferably short to medium-wave. The shorter the wavelength of the radiation, the greater the energy density of the radiation. The wavelength of the radiation essentially depends on the temperature of the radiator. Radiator temperatures of 1,000 to 2,000 ° C are preferred, which is a wavelength corresponds to a range from about 1.3 to about 2.3 µm. Short-wave radiators also have better control behavior. Short-wave emitters can namely be switched on or off similar to an incandescent lamp. The temperature control can therefore be done very quickly. The operator can choose between slow and fast heating, for example a temperature increase between 0.5 ° and 3 ° C per minute.
Da zwar beabsichtigt ist, die Bestrahlungsvorrichtung zu kühlen, andererseits aber die Temperatur der Strahler nicht abgesenkt werden soll, weist jeder Strahler mindestens einen frei aufgehängten Wendel auf. Dieser Wendel, der der eigentliche Ort der Strahlungserzeugung ist, wird durch die zugeführte elektrische Energie aufgeheizt, mangels einer Wärmeleitmöglichkeit aber nicht durch die Kühlluft gekühlt. Damit läßt sich erreichen, daß die Wellenlänge und die Frequenz des Strahlers immer in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden.Since it is intended to cool the radiation device, but on the other hand the temperature of the radiators should not be reduced, each radiator has at least one freely suspended coil. This coil, which is the actual location of the radiation generation, is heated by the supplied electrical energy, but is not cooled by the cooling air due to the lack of heat conduction. This means that the wavelength and the frequency of the radiator are always kept in a predetermined range.
Auch ist von Vorteil, daß die Bestrahlungsvorrichtung auf der der Walze abgewandten Seite thermisch isoliert ist. Die Isolation erfolgt dabei zweckmäßigerweise durch eine Isolierschicht auf der Außenseite der Bestrahlungsvorrichtung. Dadurch wird verhindert, daß die Bestrahlungsvorrichtung in die "falsche" Richtung strahlt, nämlich in die der Walze abgewandte Richtung. Vielmehr wird nahezu die gesamte Strahlungsenergie in Richtung auf die Walze abgestrahlt, wodurch ein wirtschaftliches Arbeiten mit der eingesetzten Energie möglich wird.It is also advantageous that the radiation device is thermally insulated on the side facing away from the roller. The isolation is advantageously carried out by an insulating layer on the outside of the radiation device. This prevents the irradiation device from radiating in the "wrong" direction, namely in the direction facing away from the roller. Rather, almost all of the radiation energy is emitted towards the roller, which makes it possible to work economically with the energy used.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
- Fig. 1 einen Walzenstapel mit einer Vorrichtung zum Steuern der Dicke einer durch einen Walzenspalt laufenden Materialbahn in Arbeitsstellung,
- Fig. 2 einen Walzenstapel mit der Vorrichtung in Wartungsstellung,
- Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung,
- Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung,
- Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Strahlers und
- Fig. 6 eine Vorderansicht eines Strahlers.
- 1 shows a roll stack with a device for controlling the thickness of a material web running through a nip in the working position,
- 2 shows a roll stack with the device in the maintenance position,
- 3 shows a section through the device,
- 4 is a perspective view of the device,
- 5 is a perspective view of a radiator and
- Fig. 6 is a front view of a radiator.
Eine Materialbahn 1, beispielsweise eine Papierbahn, läuft durch mehrere Spalte 3 eines Walzenstapels 2, beispielsweise eines Kalanders. Walzenstapel 2 dieser Art dienen im allgemeinen dazu, die Eigenschaften des durch sie hindurch laufenden Materials zu verändern. Insbesondere dienen solche Walzenstapel dazu, die Dicke einer solchen Materialbahn 1 einzustellen. Dabei wird im allgemeinen angestrebt, die Dicke der Materialbahn 1 quer zur Bewegungsrichtung konstant zu halten. Etwa auftretende Ungleichmäßigkeiten können dadurch ausgeglichen werden, daß der Walzenspalt an der Stelle, an der die Materialbahn zu dick ist, dünner gemacht wird, während er an den Stellen, an denen die Materialbahn zu dünn ist, dicker gemacht wird. Dabei genügt es in der Regel, die Dicke eines einzigen Walzenspaltes 4 einzustellen. Zu diesem Zweck wird eine Walze 5, die den Walzenspalt 4 begrenzt, durch eine Heizvorrichtung 6 beheizt, wodurch sie sich ausdehnt und den Walzenspalt verkleinert. Durch eine gezielte Verteilung der Heizenergie über die Länge der Walze 5 läßt sich die Größe des Walzenspalts 4 über die Länge der Walze 5 entsprechend verändern. Wird beispielsweise die Heizvorrichtung so betrieben, daß sie die Walze 5 nur in ihrer axialen Mitte aufheizt, so wird der Walzenspalt 4 auch nur in der axialen Mitte der Walze 5 dünner, bleibt hingegen an seinen Enden unverändert.A
Die Heizvorrichtung 6 ist auf einem Hebelgestänge 10 montiert, das mit Hilfe einer Kolben-Zylinder-Anordnung 8 um einen Drehpunkt 9, der an einer Basis 7 befestigt ist, verschwenkt werden kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Heizvorrichtung in einer Arbeitsstellung zu bringen, wo sie die Heizleistung durch Strahlung an die Walze 5 abgeben kann. In einer Wartungsstellung (Fig. 2) ist es hingegen möglich, Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten auszuführen, ohne daß der Walzenstapel 2 den Zugang zur Heizvorrichtung 6 behindert.The
Die Dicke der den Walzenstapel 2 verlassenden Materialbahn 1 wird durch ein Meßgerät 35 fortlaufend ermittelt. Das Meßgerät meldet die ermittelten Daten einem Steuergerät 36, das die Heizvorrichtung 6 so steuert, daß die Wärmeverteilung über die axiale Länge der Walze 5 zu einer Vergleichmäßigung der Dicke des Walzenspaltes 4 und damit zu einem Ausgleich der ungleichmäßigen Dickenverteilung der Materialbahn 1 führt.The thickness of the
Dazu weist die Heizvorrichtung 6 eine Anzahl von gleich aufgebauten Modulen 26-30 auf. Jedes Modul weist zwei Strahler 12 auf, die als Zwillingsrohrstrahler ausgebildet sind. Jeder Zwillingsrohrstrahler weist einen Doppelkolben 31 auf, in dem zwei Wendel 32, 33 so aufgehängt sind, daß sie, abgesehen von ihrer Befestigung an Fassungen 37, 38 keine Berührung mit dem Kolben 31 haben. Der Strahler 12 ist mit seinen Fassungen 37, 38 in Gehäusefassungen 13, 14 aufgehängt, die jeweils mit Halterungen 15, 16 verbunden sind, die sich wiederum zwischen zwei Seitenwänden 17 eines Moduls 26-30 erstrecken.For this purpose, the
Die Seitenwände 17 bilden Teile eines Gehäuses 18. In dem Gehäuse 18 ist auf der der Walze gegenüberliegenden Seite des Strahlers 12 eine Reflektor angeordnet. Der Reflektor reflektiert die Infrarot-Strahlen des Strahlers 12, die vom Strahler in die falsche Richtung, d.h. in die der Walze 5 abgewandten Richtung, ausgesandt werden.The
Um auch Strahlen reflektieren zu können, die nicht direkt auf den Reflektor treffen, können die Seitenwände 17 des Gehäuses 18 ebenfalls als Reflektoren ausgebildet sein.In order to also be able to reflect rays that do not strike the reflector directly, the
Die Breite der Module läßt sich im Prinzip auf die Breite eines Einfachstrahlers verringern. Dadurch wird eine Auflösung der Walzenspaltdickenregelung in Axialrichtung bis in die Größenordnung von ca. 20 mm möglich, d.h. die "Walzenscheiben", deren Durchmesser beeinflußt werden soll, sind nur noch ca. 20 mm breit. Dadurch kann die Materialbahn 1 wesentlich gleichmäßiger und somit mit besserer Qualität gefertigt werden.In principle, the width of the modules can be reduced to the width of a single radiator. This enables the roll gap thickness control to be resolved in the axial direction up to the order of magnitude of approx. 20 mm, i.e. the "roller disks" whose diameter is to be influenced are only about 20 mm wide. As a result, the
Zwischen Walze 5 und Strahler 12 ist eine Schutzscheibe 20 angeordnet, die aus Quarzglas gebildet ist. Quarzglas hat die Eigenschaft, die Infrarot-Strahlung des Strahlers 12 ohne nennswerte Verluste durchtreten zu lassen. Es hat eine relativ hohe Temperaturbeständigkeit, eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Durch die Schutzscheibe 20, den Reflektor 19 und die Seitenwände 17 des Gehäuses 18 wird eine Strahlerkammer 21 gebildet. In dieser Strahlerkammer 21 läßt sich nun eine definierte Temperaturumgebung schaffen. Durch die Schutzscheibe 20 wird nämlich nicht nur verhindert, daß Schmutzpartikel, die auf der Oberfläche der Walze 5 haften und sich möglicherweise im Bereich des Strahlers 12 lösen, den Strahler verschmutzen und sich entzünden. Die Schutzscheibe 20 verhindert auch, daß Luftwirbel, die durch die Bewegung der Walze 5 unvermeidbar entstehen, den Strahler 12 unkontrolliert abkühlen.A
Um eine Temperatur in einem definierten Temperaturbereich in der Strahlerkammer 21 aufrechtzuerhalten, ist eine Kühlluftzufuhrleitung 11 vorgesehen, die durch ein nicht dargestelltes Rohrsystem und ein ebenfalls nicht dargestelltes Gebläse mit Kühlluft beschickt wird. Die durch den Lufteintritt 11 in das Gehäuse 18 eintretende Luft wird durch Öffnungen 23 im Reflektor in die Strahlerkammer 21 geleitet. Jedes Modul 26-30 hat einen eigenen Lufteintritt 11, so daß die Temperatur in der Strahlerkammer 21 eines jeden Moduls 26-30 unabhängig von der Temperatur in den Strahlerkammern anderer Module eingestellt werden kann. Die Luft, die durch den Lufteintritt 11 in das Gehäuse 18 eintritt, kann durch schlitzförmige Öffnungen 24, 25 wieder entweichen. Die schlitzförmigen Öffnungen 24, 25 erstrecken sich parallel zur Achse der Walze 5 und richten die austretende Luft gegen die Oberfläche der Walze 5. Dadurch wird ein Teil der Energie, die die Luft bei ihrem Weg durch die Strahlerkammer 21 aufnimmt, nutzbringend zum Aufheizen der Walze 5 verwendet.In order to maintain a temperature in a defined temperature range in the
Jeder Strahler 12 ist über eine elektrische Zuleitung 22 mit dem Steuergerät 36 verbunden. Das Steuergerät führt jedem Strahler 12 so viel elektrische Leistung zu, daß sich die Wendel 32, 33 des Strahlers auf eine Temperatur zwischen etwa 1.000 und 2.000° C erhitzen. Die Strahler 12 senden dann Infrarot-Strahlung einer Wellenlänge zwischen etwa 1,3 und etwa 2,3 µm aus. Dies führt zu einer relativ hohen Energiedichte auf der Walzenoberfläche, die die Walze relativ schnell aufheizt und damit auch relativ schnell den Durchmesser der Walze 5 ändert. Wird die elektrische Energie, die über die elektrische Zuleitung 22 zugeführt wird, abgeschaltet, so hört der Strahler 12 relativ schnell auf zu heizen. Die Walze wird abgekühlt, unter anderem durch die Materialbahn 1, und zieht sich zusammen, wodurch der Walzenspalt 4 an der Stelle, an der der Strahler 12 abgeschaltet ist, vergrößert wird. Damit ist es relativ schnell möglich, die Dicke des Walzenspalts zu ändern.Each
Das Gehäuse 18 ist von einer Isolierschicht 34 (nur in Fig. 3 gezeigt) umgeben. Die Isolierschicht 34 bewirkt eine thermische Isolierung des Gehäuses. Auf der der Walze 5 abgewandten Seite des Gehäuses 18 strahlt also nur relativ wenig Wärme ab. Dies verhindert, daß sich die Umgebung auf der der Walze 5 abgewandten Seite des Gehäuses 18 übermäßig aufheizt und ermöglicht, daß nahezu die gesamte Energie der Infrarot-Strahler 12 auf die Walze 5 gerichtet wird.The
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