EP1100993A1 - Roller group - Google Patents

Roller group

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Publication number
EP1100993A1
EP1100993A1 EP99939959A EP99939959A EP1100993A1 EP 1100993 A1 EP1100993 A1 EP 1100993A1 EP 99939959 A EP99939959 A EP 99939959A EP 99939959 A EP99939959 A EP 99939959A EP 1100993 A1 EP1100993 A1 EP 1100993A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
rollers
diameter
deflection
roller group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP99939959A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1100993B1 (en
Inventor
Heinz-Michael Zaoralek
Jürgen KRÜGER
Bernd Eppli
Julien Tenelsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHW Casting Technologies GmbH
Original Assignee
Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7872226&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1100993(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH filed Critical Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Publication of EP1100993A1 publication Critical patent/EP1100993A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1100993B1 publication Critical patent/EP1100993B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/002Opening or closing mechanisms; Regulating the pressure
    • D21G1/0026Arrangements for maintaining uniform nip conditions
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus

Definitions

  • Chilled cast iron is a so-called inhomogeneous material.
  • the physical properties vary except due to the composition also due to geringmosgi ⁇ gen differences in the microstructure.
  • mitgegosse ⁇ nen samples measured material properties only a limited ge ⁇ precise meaning for the effective structure in the roll body itself.
  • Deviations ⁇ have gen the modulus of elasticity of samples due to the inhomogeneity and the tolerance of the measurement process to just a few percent accurate can be measured have an inversely proportional effect on the deflection.
  • the specific density has a directly proportional influence. Material properties measured in this way cannot be used as the basis for the design.
  • the cooling rate during casting which is decisive for the thickness of the pure fright ("white iron") and the so-called transition zone, also has a strong influence on the material parameters. Since the pure white iron has a modulus of elasticity of 180,000 N / mm 2 and the gray core iron typically about 100,000 N / mm 2 , deviations in the relative distribution of the two components lead to variations in the average modulus of elasticity and thus also to a different one Deflection.
  • the associated polymer-related rolls should preferably be designed with a diameter of the finished roll that comes close to that of the heated, hard rolls or corresponds to an adjacent diameter in the standard series. Then hard and soft rollers can be mixed in any order in the calender, which gives the papermaker greater flexibility when setting up his calender when smoothing.
  • the outer diameter of the roll core is thus determined by the thickness of the polymer layer.
  • the polymer layer of the elastic rolls must refinished ⁇ the. Depending on the type of layer, it loses up to 15 mm in thickness until the layer is renewed. Since the layer only contributes to the weight of the roller, but not to the rigidity, this means that the "worn" roller deflects less than the new roller.
  • rollers are drilled peripherally or with a displacer in the central bore.
  • the invention relates to a group of substantially the same bending rolls and the procedural ⁇ ren for manufacturing such a roller group.
  • As rolls with the same bending he is referred to ⁇ according to those rolls which have largely identical deflections.
  • Deflection f is understood to mean the vertical deflection of the roll axis when the roll bends in the middle of the roll body and in relation to the position of the roll axis at the web ends. While the bending line can only be measured in a very complex manner, the following shows various ways of determining the deflection. For the beabduct ⁇ th purpose of identifying and influencing the deflection can with sufficient accuracy ⁇ that replacing the elastic line.
  • Such a roller group consists of at least two, if it is one Multi-roll calender is made up of a plurality of rolls arranged one above the other, at least one of which has a roll body made of chilled cast iron or hard chilled cast iron, as well as other rolls with roll bodies also made of chilled cast iron or chilled cast iron or of a cast iron with lamellar, vermicular or spherical graphite formation, which then have a elastic cover are provided.
  • the rollers are enclosed by an upper and lower roller, the deflection of which can be adjusted by hydraulic fittings and which also make it possible to vary the line pressure exerted on the roller group.
  • the problems of different deflection can be neglected for small rolls with a diameter less than 500 mm and a ratio of web length: diameter less than 7.
  • the reference roller is a chilled or shell chilled roller that has a central hole with a wall thickness between 100 and 300 mm and a natural deflection under the influence of gravity when suspended in its bearings, which are arranged on the pins, between 0.1 and 0.2 mm per meter of web length.
  • the diameter of the central bore lies approximately in the middle of an area, the upper end of which is determined by the minimum wall thickness of the roller body and the lower end of which is determined by the lowest possible roller weight.
  • G ref weight of the reference roller body (N)
  • G weight of the roller body (N) in the area of the web length
  • rollers with elastic covers these covers have a thickness of between 10 and 30 mm and a supporting metallic body with the diameter
  • K G (5 / (6 ⁇ ⁇ )) x L 3 x (1 + 2.4 x (LM-L) / L + 2 x (D, ef / L) 2 )
  • circle constant (3.14159 )
  • rolls are used which are essentially the same in their outer diameters. Undesirable vibrations of the rollers can be avoided if they are dimensioned so that they do not have to be operated in the vicinity of the semi-critical speed. Finally, for even more precise determination of the deflection, all the rollers can be provided with fibers or bodies in the central bore or the peripheral bores, which can also be fed in or out or adjusted during operation.
  • the determination of the roll diameter for rolls of a multi-roll calender begins with the chilled cast rolls, because this should be done after the maximum permissible deflection. It is determined by the technical possibilities of deflection compensation of the top and bottom rolls, which are usually available in multi-roll calenders.
  • a chilled cast iron roll is expediently designated as the reference roll.
  • the outer diameter and the diameter of the central bore, which each larger roller has to reduce weight, should be approximately in the middle of the respective tolerance or feasibility areas.
  • a permissible range for the deflection is then determined within the scope of the expected scatter of the elasticity module. This range can be narrowed down by compensating for the effect of different moduli of elasticity on the deflection by modifying the diameter of the central bore.
  • the deflection of a roller suspended in the bearings is determined by the weight of the roller body, the modulus of elasticity of the roller material and the moment of inertia of the roller cross section.
  • the reduction in the size of the central bore increases the weight and increases the moment of inertia, but the latter only to a lesser extent, so that the roll deflection can be increased by reducing the bore.
  • the outer diameter of the roll body can fluctuate by +/- 1% due to the manufacturing process. This tolerance can be limited with a certain additional effort, which is generally avoided because an adjustment to different roll diameters in the calender is possible in a simple manner. This relatively small span can be used for the production of rolls that are largely identical in bending, because a variation of the outside diameter of only +/- 1% changes the deflection of the roll under its own weight by approx. - / + 2%.
  • the diameter D of the roller body to be provided with a polymer cover is to be determined in accordance with the stress on the cover and its durability. In the case of very high loads caused by line pressure, speed of rotation and temperatures or less durable covers, you will opt for the largest possible roll diameter. A material with a low modulus of elasticity between 90,000 and 120,000 N / mm 2 is then used with regard to the desired bending uniformity.
  • an elastic modulus between 170,000 and 185,000 N / mm 2 should preferably be used.
  • a cast iron is used for medium loads, the modulus of elasticity of which is in a wide range between 130,000 and 160,000 N / mm 2 .
  • Part of the invention is therefore also the possibility of influencing the modulus of elasticity of cast iron in large roll bodies in accordance with the requirements for the production of rolls with largely the same deflections. It largely depends on the graphite embedded in the iron structure. If this is designed in the form of lamellae (gray cast iron), a notch effect occurs when the tensile load is applied, which weakens the base material and greatly reduces the modulus of elasticity. It is then 100,000 N / mm 2 and less. The alloying of magnesium changes the surface tensions in the liquid state to such an extent that the graphite is spherically shaped (spheroidal iron). The reduction in the modulus of elasticity of the base material is then only slight. Values up to 185,000 N / mm 2 are achieved.
  • the inoculation technique and the magnesium doping are now modified so that intermediate forms of lamellar and spherical occur during the graphite precipitation (vermicular cast iron).
  • These intermediate forms make it possible to adjust the modulus of elasticity of the material in a range between 110,000 and 170,000 N / mm 2 - preferably between 130,000 and 160,000 N / mm 2 - exactly as is required based on the specifications.
  • the technology is burdened with a relatively large spread of the decisive material properties, because even the smallest variations in alloy and vaccination have a significant impact on the elastic modulus. Therefore, an exact determination of the actual elastic modulus of rolls is of special importance not only for the roll itself, but also as a basis for the material decisions to be made continuously in future cases.
  • the bending formula results in a range for the permissible moduli of elasticity of the roller material.
  • the size of the bore is limited upwards by the profile disturbance in the edge region of the roller, which results from the fact that the roller body is ovalized under a line load, but also by the necessity of accommodating heating or cooling holes in the roller body, which is the smoothing process requires or increase the durability of elastic plastic covers.
  • the bore is also limited downwards to limit the roll weights.
  • the diameter D of the roll body for rolls of largely the same curvature with an elastic cover is used
  • D rei relative diameter (m)
  • dp thickness of the new polymer covering (m)
  • ap max. possible wear of the polymer cover (m).
  • the relative diameter D rel corresponds approximately to the case of rollers with an elastic cover with basic bodies from cast iron with lamellar graphite the next highest in the series of standard diameter in cast iron with spheroidal graphite un ⁇ endanger the next lowest or in the series of standard diameter at a roller base body made of cast iron with vermicular graphite roughly the diameter ⁇ By the reference roll. Since these materials - unlike shell ⁇ cast iron - the machining allowance can be chosen freely, apart from economic considerations, this specification is only a guideline.
  • the finished diameter D of the roller body is to be chosen as it is from the formula
  • the average modulus of elasticity of the entire roller body is determined and controlled in the course of the manufacturing process by bending tests of the entire roller body, which in each case gives points of reference for the further processing of the roller body be won.
  • the roller body is supported and bent by the application of defined forces. The bending of the whole body is measured. All material properties that change over the cross-section, e.g. the modulus of elasticity and the specific density are thus recorded together and simultaneously. The actual mean modulus of elasticity can be calculated from this.
  • G weight of the roller body (N) in the area of the web length
  • E modulus of elasticity (N / m 2 )
  • the roller body the weight of which was previously determined to a precision of 0.5% using a precision balance, is supported at the ends on roller stands.
  • a light source - such as a laser - mounted axially parallel and divided whose beam sensors path is directed to two, each of which is attached to the roll ends.
  • the radial position of the points of impact on the sensors is recorded.
  • the displacement of the radial position of the impact points is measured a second time.
  • the light beam method has the advantage that a measurement can also be carried out on a finished roller if the roller can be rotated in its own bearings.
  • the equation for determining the modulus of elasticity is then: 6 ⁇ K G ⁇ ⁇ / (32 ⁇ L xfx J)
  • a rigid measuring beam is placed on the roll body in the axial direction, whereby it is supported by supports at the roll ends.
  • a distance measuring device e.g. a dial gauge measures the distance of the roller body to the measuring bar in the middle of the roller. If a defined vertical force is now exerted on the roller body in the middle of the roller, it deforms that roller body, but not the measuring beam.
  • the exact average modulus of elasticity can be calculated directly from the change in the distance between the measuring bar and the roller body in the middle of the roller and the dimensions of the roller body:
  • the measurement can also be carried out similarly to the measuring beam method if the roller body is supported at the ends on a stable surface. ⁇ measuring bridge at the ends and in the middle of the roller body, the vertical Ver ⁇ can shift measured at these points in space by applying a defined verti cal ⁇ force. Any elastic yielding of the supports can thus be eliminated by calculation.
  • the formula for determining the average Elastizi ⁇ tuschsmoduls corresponds to the formula (7), wherein the deflection f is determined as follows:
  • circular constant (3.14159 )
  • n natural frequency (1 / s)
  • the roll weights of the new rolls are therefore to be exactly determined by calibrated precision carriages and to be used as a basis for the determination of the diameter of the central bore. It is also advisable to add the weights to the roll documentation.
  • Deflection chilled cast roller Deflection polymer roller In the delivery state, this ratio should be ⁇ 1 and in the state of the maximum wear and operating temperature> 1.
  • ⁇ ie extreme conditions can preferably be set so that they have approximately the same absolute distance from 1. This ensures that the deflections are always largely the same even with any combination of rollers within the group.
  • f HWi deflection of the chilled cast iron roll (m)
  • i deflection of the polymer roll (m) each in new condition at ambient temperature
  • / 2 deflection of the polymer roller (m)
  • f HW2 deflection of the chill cast roller (m) in each case in the state of maximum wear and at maximum operating temperature of the chill cast roller.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

The invention relates to a roller group for a calender provided for processing material webs. The roller group is comprised of at least two rollers respectively having a roller body made of a cast or forged ferrous material. At least one of the roller bodies is made of a chilled cast iron or a chilled cast form. One or more rollers can comprise a covering made of an elastic material, for example, a polymeric plastic. Although the outer diameter of the rollers can vary, the deflection of the rollers is essentially the same when solely supported in the antifriction bearings thereof. In order to produce corresponding rollers, the actual average moduli of elasticity of all roller bodies are measured and the inner diameters of the central drilled holes are, in particular, calculated according to this measurement after the essential processing steps of the roller bodies, i.e., for example, after casting, rough turning, predrilling and optionally, after drilling peripheral holes. The invention also relates to methods for influencing the deflection of the rollers in a targeted manner by selecting corresponding materials which depict the relationships of material structures in the roller body, or by the targeted placement of ballast in the central drilled hole or also in specific peripheral drilled holes of the roller bodies.

Description

Patentanmeldung "Walzengruppe" Patent application "roller group"
AufgabenstellungTask
Moderne Mehrwalzenkalander, in denen harte, beheizte und weiche, kunststoff bezogene Walzen gleichzeitig zum Einsatz kommen, könnten dann besonders wirkungsvoll für das Glätten von Papier eingesetzt werden, wenn die Mittelwalzen jeweils in ihren Lagern soweit angehoben würden, daß der darunterliegende Walzenspalt vom eigenen Walzengewicht entlastet wird. Dann wäre es möglich, durch eine Druckausübung auf das gesamte Walzenpaket mittels einer unteren und oberen Druckwalze, in allen Walzenspalten denselben Liniendruck von Null bis zum Druckmaximum einzustellen. Dies kann aber nur dann verwirklicht werden, wenn alle Walzen im Kalander weitgehend gleiche Biegelinien aufweisen, wenn sie in den Lagern am Zapfen gehalten und lediglich durch ihr eigenes Gewicht verbogen werden.Modern multi-roll calenders, in which hard, heated and soft, plastic-covered rolls are used at the same time, could be used particularly effectively for the smoothing of paper if the central rolls were raised in their bearings so far that the roll gap underneath relieved them of their own roll weight becomes. It would then be possible to apply the same line pressure from zero to the maximum pressure in all nips by exerting pressure on the entire roller package by means of a lower and upper pressure roller. However, this can only be achieved if all rolls in the calender have largely the same bending lines, if they are held in the bearings on the journal and are only bent by their own weight.
Der Vorschlag, einen Kalander mit solchen Walzen auszurüsten, geht z.B. aus dem US-Patent Nr. 5,438,920 hervor. Darin werden die Mittelwalzen ("intermediate rolls") beschrieben als Walzen, bei denen die Form der natürlichen Durchbiegungslinie, hervorgerufen durch ihr eigenes Gewicht, weitgehend gleich ist. Aus der Patentschrift geht allerdings nicht hervor, wie solche Walzen mit weitgehend gleichen Biegelinien hergestellt werden können. Dies ist nämlich keineswegs trivial und dem durchschnittlichen Fachmann nicht ohne weiteres möglich, selbst wenn er die prinzipiellen Zusammenhänge zwischen Gewicht eines Biegebalkens, seinem Trägheitsmoment, dem Elastizitätsmodul des Balkenwerkstoffes und dem Abstand der Auflager (vergl. z.B. Hütte, 28. Neubearbeitete Auflage, Verlag von Wilhelm Ernst und Sohn, Berlin 1955, S. 876 - 892), beherrscht.The suggestion to equip a calender with such rolls goes e.g. from U.S. Patent No. 5,438,920. In it, the intermediate rolls are described as rolls in which the shape of the natural deflection line, caused by its own weight, is largely the same. However, the patent does not show how such rolls can be produced with largely the same bending lines. This is in no way trivial and is not readily possible for the average specialist, even if he considers the basic relationships between the weight of a bending beam, its moment of inertia, the modulus of elasticity of the beam material and the distance between the supports (see e.g. Hütte, 28th revised edition, publisher von Wilhelm Ernst and Son, Berlin 1955, pp. 876 - 892).
Auch in der PCT-Patentanmeldung WO 95/14813 wird lediglich darauf hingewiesen, daß die Biegelinien, die durch die Schwerkraft bei jeder Mittelwalze erzeugt werden, so dimensioniert werden müssen, daß ihre Formen weitgehend gleich sind. Zur Frage, wie dies zu bewerkstelligen ist, gibt der Anmelder lediglich den Hinweis, daß die Mitlelwalzen "so ausgesucht wurden". Derartige Selektionsverfahren sind z.B. bei der Herstellung von Kugeln mit weitgehend gleichen Durchmessern für Präzisionskugellager bekannt. Es ist für Kalanderwalzen aber wirtschaftlich kaum darstellbar, eine größere Zahl von Walzen herzustellen und darunter diejenigen auszusuchen, deren natürliche Biegelinien weitgehend übereinstimmen. Eine ähnliche Aufgabenstellung besteht in sog. Doublierkalandern zur Erzeugung von mehrlagigen Tissuebahnen. In einem solchen Zweiwalzen-Kalander werden zwei oder mehrere getrennt hergestellte Lagen von feinen Papiergeweben zusam¬ mengeführt und leicht zusammengedrückt. Dadurch entsteht ein mehrlagiges End¬ produkt wie z.B. Toilettenpapier oder Papiertaschentücher. Der Liniendruck im Wal¬ zenspalt ist weit niedriger, als er z.B. durch das bloße Auflegen der Oberwalze er¬ zeugt würde. Auch hier muß der Walzenspalt weitgehend vom Eigengewicht der Oberwalze entlastet werden. Damit dae Druckprofil im Walzenspalt gleichmäßig ist, ist es auch hier von Vorteil, Walzen mit weitgehend übereinstimmenden Biegelinien zu verwenden. Stand der Technik ist es hier, die Walzen aus gleichem Werkstoff und mit identischer Geometrie herzustellen und die unvermeidlichen Streuungen in den Werkstoffeigenschaften in ihrer Auswirkung auf die Biegelinien hinzunehmen. In einer anderen Ausführung wird eine sich natürlich durch ihr Eigengewicht durchbie¬ gende Walze mit einer weiteren kombiniert, deren Biegelinie durch eine innere hy¬ draulisch wirkende Verstellung der ersten angepaßt werden kann. Dies ist allerdings eine aufwendige und entsprechend teuere Lösung.Also in PCT patent application WO 95/14813 it is only pointed out that the bending lines which are produced by gravity in each center roll must be dimensioned such that their shapes are largely the same. With regard to the question of how this can be accomplished, the applicant merely gives an indication that the center rollers "have been selected in this way". Such selection processes are known, for example, in the manufacture of balls with largely the same diameters for precision ball bearings. However, it is hardly economically feasible for calender rolls to produce a larger number of rolls and to select those whose natural bending lines largely match. A similar task consists of so-called doubling calenders for the production of multi-layer tissue webs. In such a two-roll calender, two or more separately manufactured layers of fine paper tissues together ¬ quantitative results and can be easily compressed. This creates a multi-layered End ¬ product such as toilet paper or paper towels. The line pressure in Wal ¬ zenspalt is far lower than it by the mere placement of the top roll it would evidence ¬ example. Here, too, the nip has to be largely relieved of the weight of the top roller. So that the pressure profile in the roll gap is uniform, it is also advantageous to use rolls with largely matching bending lines. The state of the art here is to produce the rolls from the same material and with the same geometry and to accept the inevitable variations in the material properties in terms of their effect on the bending lines. In another embodiment, a naturally durchbie by its own weight ¬ constricting roller is combined with another, the bending line can be adjusted by an inner hy ¬ cally acting adjustment of the first. However, this is a complex and correspondingly expensive solution.
Stand der TechnikState of the art
Allgemein ist festzustellen, daß durchbiegungsgleiche Walzen im strengen Sinne bisher nicht verfügbar waren. Dies beruht auf einer ganzen Reihe von technischen Begrenzungen:In general, it can be said that, in the strict sense, rollers with the same deflection have so far not been available. This is due to a number of technical limitations:
1) Beheizte Walzen in jeder Form von Kalandern für die Papierindustrie werden fast ausschließlich mit Körpern aus Schalenhartguß hergestellt. Eine wirtschaftliche Fertigung von Hartgußwalzen ist nur im Rahmen von bestimmten Durchmesser¬ reihen möglich, da jeder Walzendurchmesser in einem korrespondierenden Satz von gußeisernen Formen - sog. Kokillen - abgegossen werden muß. Typischerweise sind diese Durchmesser in Stufen von zwei Zoll (ca. 50 mm) abgestuft. Gebräuchliche Durchmesser für Mehrwalzenkalander sind dementsprechend: z.B. 505 mm, 560 mm, 610 mm, 660 mm, 710 mm, 760 mm, 812 mm, 860 mm, 915 mm.1) Heated rolls in any form of calender for the paper industry are made almost exclusively with bodies made of chilled cast iron. An economical production of chilled cast iron rolls is only possible within certain diameters ¬ rows, since each roll diameter must be cast in a corresponding set of cast iron molds - so-called molds. Typically, these diameters are graded in two inch increments. Usual diameters for multi-roll calenders are accordingly: e.g. 505 mm, 560 mm, 610 mm, 660 mm, 710 mm, 760 mm, 812 mm, 860 mm, 915 mm.
2) Die Fertigung ergibt einen gewissen Toleranzbereich des Außen-Durchmessers der Walzen. Dieser hat sich branchenüblich auf +/- 1 % des Walzendurchmessers eingespielt. Da die maximale Auslenkung der Walze umgekehrt proportional zum Trägheitsmoment des Walzenquerschnittes ist, und dieser wiederum proportional zur 4. Potenz des Walzendurchmessers, bedeutet diese Toleranz bei ansonsten baugleichen Walzen bereits einen Unterschied in der Durchbiegung von +/- 4%.2) The production results in a certain tolerance range of the outer diameter of the rolls. As usual in the industry, this has adjusted to +/- 1% of the roller diameter. Since the maximum deflection of the roller is inversely proportional to the moment of inertia of the roller cross section, and this in turn is proportional to the 4th power of the roll diameter, this tolerance means a difference in the deflection of +/- 4% in otherwise identical rolls.
3) Hartguß ist ein sog. inhomogener Werkstoff. Die physikalischen Eigenschaften schwanken außer aufgrund der Zusammensetzung auch aufgrund von geringfügi¬ gen Unterschieden im Gefüge. An getrennt gegossenen oder sogar mitgegosse¬ nen Proben gemessene Werkstoffeigenschaften haben nur eine beschränkt ge¬ naue Aussagekraft für das effektive Gefüge im Walzenkörper selbst. Abweichun¬ gen beim Elastizitätsmodul, der an Proben bedingt durch die Inhomogenität und die Toleranz des Meßverfahrens nur auf wenige Prozent genau gemessen werden kann, haben eine umgekehrt proportionale Auswirkung auf die Durchbiegung. Die spezifische Dichte hat einen direkt proportionalen Einfluß. Auf diese Weise gemessene Werkstoffeigenschaften können nicht als Grundlage für die Auslegung benutzt werden.3) Chilled cast iron is a so-called inhomogeneous material. The physical properties vary except due to the composition also due to geringfügi ¬ gen differences in the microstructure. On separately cast or even mitgegosse ¬ nen samples measured material properties only a limited ge ¬ precise meaning for the effective structure in the roll body itself. Deviations ¬ have gen the modulus of elasticity of samples due to the inhomogeneity and the tolerance of the measurement process to just a few percent accurate can be measured have an inversely proportional effect on the deflection. The specific density has a directly proportional influence. Material properties measured in this way cannot be used as the basis for the design.
4) Einen starken Einfluß auf die Materialparameter hat außerdem die Abkühlgeschwindigkeit beim Guß, die entscheidend ist für die Dicke der reinen Schreckung ("weißes Eisen") und der sog. Übergangszone. Da das rein weiße Eisen etwa einen Elastizitätsmodul von 180.000 N/mm2 und das graue Kerneisen typisch einen von ca. 100.000 N/mm2 aufweist, führen Abweichungen in der relativen Verteilung der beiden Komponenten zu Variationen des durchschnittlichen Elastizitätsmoduls und damit ebenfalls zu einer unterschiedlichen Durchbiegung.4) The cooling rate during casting, which is decisive for the thickness of the pure fright ("white iron") and the so-called transition zone, also has a strong influence on the material parameters. Since the pure white iron has a modulus of elasticity of 180,000 N / mm 2 and the gray core iron typically about 100,000 N / mm 2 , deviations in the relative distribution of the two components lead to variations in the average modulus of elasticity and thus also to a different one Deflection.
5) Ähnliche Variationen gibt es bei langen Walzen in axialer Richtung, da die Walzenkörper in der Form stehend gegossen werden.5) There are similar variations in the case of long rollers in the axial direction, since the roller bodies are cast upright in the mold.
6) Die zugehörigen polymerbezogenen Walzen sollten möglichst mit einem Durchmesser der fertigen Walze ausgeführt werden, welcher dem der beheizten, harten Walzen nahekommt oder einem benachbarten Durchmesser in der Standardreihe entspricht. Dann lassen sich harte und weiche Walzen in beliebiger Reihenfolge im Kalander mischen, was dem Papiermacher eine größere Flexibilität im Aufbau seines Kalanders beim Glätten verschafft. Durch die Dicke der Polymerschicht ist damit der Außen-Durchmesser des Walzenkerns festgelegt. Bei Verwendung der gebräuchlichen Walzenwerkstoffe, wie Grauguß oder Sphäroguß, stößt die Herstellung solcher Walzen mit identischen Biegelinien auf große Schwierigkeiten, weil die Elastizitätsmoduli sehr unterschiedlich sind. 7) Im Betrieb muß die Polymerschicht der elastischen Walzen nachgearbeitet wer¬ den. Sie verliert je nach Schichttyp bis zur Erneuerung der Schicht bis zu 15 mm an Stärke. Da die Schicht nur zum Gewicht der Walze beiträgt, nicht aber zur Steifigkeit, bedeutet dies, daß sich die "abgenützte" Walze weniger durchbiegt als die neue Walze.6) The associated polymer-related rolls should preferably be designed with a diameter of the finished roll that comes close to that of the heated, hard rolls or corresponds to an adjacent diameter in the standard series. Then hard and soft rollers can be mixed in any order in the calender, which gives the papermaker greater flexibility when setting up his calender when smoothing. The outer diameter of the roll core is thus determined by the thickness of the polymer layer. When using the usual roller materials, such as gray cast iron or nodular cast iron, the production of such rollers with identical bending lines is very difficult because the moduli of elasticity are very different. 7) In operation, the polymer layer of the elastic rolls must refinished ¬ the. Depending on the type of layer, it loses up to 15 mm in thickness until the layer is renewed. Since the layer only contributes to the weight of the roller, but not to the rigidity, this means that the "worn" roller deflects less than the new roller.
Bei der Hartgußwalze ist dies genau umgekehrt. Die Walze wird zwar nur gering¬ fügig im Durchmesser verkleinert, wenn sie nachgeschliffen wird, jedoch ist die Zahl der Schleifvorgänge relativ hoch. Im Laufe des Walzenlebens wird so die weiße Schreckschicht deutlich abgebaut. Da diese aber aufgrund ihres hohen Elastizitätsmoduls die Durchbiegung der Walze stark beeinflußt, wird sich bei ei¬ nem Abschleifen dieser Schicht die Durchbiegung allmählich vergrößern.The opposite is true for the chilled cast iron roller. Although the roll is reduced only slightly ¬ fügig in diameter when it is sharpened, but the number of grinding operations is relatively high. In the course of the life of the roller, the white layer of fright is significantly reduced. However, since this greatly influences the deflection of the roll due to their high modulus of elasticity, will be at ei ¬ nem grinding this layer the deflection gradually increase.
8) Der Elastizitätsmodul sowohl des Hartgusses als auch anderer Eisenwerkstoffe ist temperaturabhängig. Während harte Walzen in der Regel bei Temperaturen um 120 °C und höher betrieben werden, werden die polymerbezogenen Walzenkör¬ per allenfalls gleichmäßig temperiert. Auch daraus resultieren im Betrieb unter¬ schiedliche Biegelinien.8) The modulus of elasticity of both chilled cast iron and other iron materials is temperature-dependent. While hard rolls usually at temperatures of about 120 ° C and operated higher, the polymer-based Walzenkör ¬ are heated uniformly by at most. Also result in operation under ¬ schiedliche bending lines.
9) Schließlich sind - besonders bei den polymerbezogenen Walzen - auch bauartbe¬ dingte Unterschiede von Bedeutung. Walzen werden z.B. peripher gebohrt oder auch mit einem Verdrängerkörper in der Zentralbohrung ausgeführt.9) Finally - especially when the polymer covered rollers - even bauartbe ¬-related differences of significance. For example, rollers are drilled peripherally or with a displacer in the central bore.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Erfindung betrifft eine Gruppe weitgehend biegegleicher Walzen und das Verfah¬ ren zur Herstellung einer solchen Walzengruppe. Als biegegleiche Walzen sind er¬ findungsgemäß solche Walzen bezeichnet, die weitgehend übereinstimmende Durchbiegungen aufweisen. Unter Durchbiegung f soll die vertikale Auslenkung der Walzenachse bei Biegung der Walze in der Mitte des Walzenkörpers und bezogen auf die Position der Walzenachse an den Bahnenden verstanden werden. Während die Biegelinie nur sehr aufwendig gemessen werden kann, werden im folgenden ver¬ schiedene Wege aufgezeigt, die Durchbiegung zu bestimmen. Für den beabsichtig¬ ten Zweck kann die Ermittlung und Beeinflussung der Durchbiegung mit hinreichen¬ der Genauigkeit diejenige der Biegelinie ersetzen.The invention relates to a group of substantially the same bending rolls and the procedural ¬ ren for manufacturing such a roller group. As rolls with the same bending he is referred to ¬ according to those rolls which have largely identical deflections. Deflection f is understood to mean the vertical deflection of the roll axis when the roll bends in the middle of the roll body and in relation to the position of the roll axis at the web ends. While the bending line can only be measured in a very complex manner, the following shows various ways of determining the deflection. For the beabsichtig ¬ th purpose of identifying and influencing the deflection can with sufficient accuracy ¬ that replacing the elastic line.
Eine derartige Walzengruppe besteht zumindest aus zwei, wenn es sich um einen Vielwalzenkalander handelt, aus mehreren übereinander angeordneten Walzen, von denen mindestens eine über einen Walzenkörper aus Hartguß bzw. Schalenhartguß verfügt, sowie weiteren Walzen mit Walzenkörpern ebenfalls aus Hartguß bzw. Schalenhartguß oder aus einem Gußeisen mit lamellarer, vermikularer oder sphärischer Graphitausbildung, die dann mit einem elastischen Bezug versehen sind. Eingeschlossen werden die Walzen durch je eine Ober- und Unterwalze, die in ihrer Durchbiegung durch hydraulische Einbauten einstellbar sind und es außerdem ermöglichen, den auf die Walzengruppe ausgeübten Liniendruck zu variieren. Die Probleme der unterschiedlichen Durchbiegung können für kleine Walzen mit Durchmesser kleiner als 500 mm und einem Verhältnis von Bahnlänge : Durchmesser kleiner als 7 vernachlässigt werden.Such a roller group consists of at least two, if it is one Multi-roll calender is made up of a plurality of rolls arranged one above the other, at least one of which has a roll body made of chilled cast iron or hard chilled cast iron, as well as other rolls with roll bodies also made of chilled cast iron or chilled cast iron or of a cast iron with lamellar, vermicular or spherical graphite formation, which then have a elastic cover are provided. The rollers are enclosed by an upper and lower roller, the deflection of which can be adjusted by hydraulic fittings and which also make it possible to vary the line pressure exerted on the roller group. The problems of different deflection can be neglected for small rolls with a diameter less than 500 mm and a ratio of web length: diameter less than 7.
In einer derartigen Walzengruppe ist zwischen einer sog. Referenzwalze und den davon abhängigen Walzen zu unterscheiden. Darin sind die Ober- und Unterwalzen nicht inbegriffen, weil deren Durchbiegung nicht ausschließlich durch das Eigengewicht, sondern aktiv durch Druckeinstellungen in den hydraulischen Einbauten verändert werden kann.In such a roller group, a distinction must be made between a so-called reference roller and the rollers dependent thereon. This does not include the top and bottom rollers because their deflection can be changed not only by the weight, but actively by pressure settings in the hydraulic components.
Erfindungsgemäß ist die Referenzwalze eine Hartguß- oder Schalenhartgußwalze, die eine Zentralbohrung hat, mit einer Wandstärke zwischen 100 und 300 mm und einer natürlichen Durchbiegung unter dem Einfluß der Schwerkraft bei Aufhängung in ihren Lagern, die an den Zapfen angeordnet sind, zwischen 0,1 und 0,2 mm je Meter Bahnlänge. Der Durchmesser der Zentralbohrung liegt etwa in der Mitte eines Bereiches, dessen oberes Ende durch die konstruktiv bestimmte minimale Wandstärke des Walzenkörpers und dessen unteres Ende durch ein möglichst geringes Walzengewicht bestimmt ist.According to the invention, the reference roller is a chilled or shell chilled roller that has a central hole with a wall thickness between 100 and 300 mm and a natural deflection under the influence of gravity when suspended in its bearings, which are arranged on the pins, between 0.1 and 0.2 mm per meter of web length. The diameter of the central bore lies approximately in the middle of an area, the upper end of which is determined by the minimum wall thickness of the roller body and the lower end of which is determined by the lowest possible roller weight.
Die sonstigen Walzen in der Walzengruppe können sowohl aus Hartguß oder Schalenhartguß sein, aber auch aus anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt werden. Wenn sie mit einem elastischen Überzug versehen sind, werden sie im allgemeinen aus Gußeisen bestehen, können aber auch aus Schmiedestahl bestehen. Ihr Gewicht ohne Zapfen entspricht der Forme! G = Gre(χ E x J x f / ( Erefχ Jre,χ ffef )The other rollers in the roller group can be made of chilled cast iron or chilled cast iron, but can also be made of other suitable materials. If they are provided with an elastic coating, they will generally consist of cast iron, but can also consist of forged steel. Their weight without a pin corresponds to the shape! G = G re ( χ E x J xf / (E ref χ J re , χ f fef )
Dabei sind:Here are:
Gref = Gewicht des Referenzwalzenkörpers (N)G ref = weight of the reference roller body (N)
(ohne Zapfen) im Bereich der Bahnlänge L Ere, = Elastizitätsmodul des Referenzwalzenkörpers(without spigot) in the area of the web length LE re = modulus of elasticity of the reference roller body
(N/m2) Jre, = Trägheitsmoment des Querschnitts des Referenzwalzenkörpers (m4) f,e( = Durchbiegung der Referenzwalze (m) E = Elastizitätsmodul (N/m2)(N / m 2 ) J re , = moment of inertia of the cross-section of the reference roller body (m 4 ) f, e ( = deflection of the reference roller (m) E = modulus of elasticity (N / m 2 )
J = Trägheitsmoment des Walzenquerschnitts (m4) f = angestrebte Durchbiegung (m)J = moment of inertia of the roll cross-section (m 4 ) f = desired deflection (m)
Ihre Zentralbohrung entspricht der Formel:Your central hole corresponds to the formula:
Bohrungsdurchmesser = (D4 - G x KG / (f x E))1 4 Bore diameter = (D 4 - G x K G / (fx E)) 1 4
soweit die Walzenkörper keine peripheren Bohrungen aufweisen. Mit peripheren Bohrungen gilt:as far as the roller body has no peripheral bores. With peripheral bores:
Bohrungsdurchmesser = (D4 - Zp x Dp 2 x (Dp 2 + 2 χ Tp 2) - G χ KG / (f x E))'Λ Bore diameter = (D 4 - Z p x D p 2 x (D p 2 + 2 χ T p 2 ) - G χ K G / (fx E)) ' Λ
Dabei sind:Here are:
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich der BahnlängeG = weight of the roller body (N) in the area of the web length
E = Elastizitätsmodul (N/m2)E = modulus of elasticity (N / m 2 )
D = Außen-Durchmesser (m) f = anzustrebende Durchbiegung (m)D = outer diameter (m) f = desired deflection (m)
KG = Gruppenkonstante (m3) nach Gleichung (3) Zp = Zahl der peripheren BohrungenKG = group constant (m 3 ) according to equation (3) Zp = number of peripheral holes
Dp = Durchmesser der peripheren Bohrungen (m)D p = diameter of the peripheral bores (m)
Tp = Teilkreis (m) der peripheren BohrungenT p = pitch circle (m) of the peripheral holes
Handelt es sich dabei um Walzen mit elastischen Bezügen, haben diese Bezüge eine Stärke von zwischen 10 und 30 mm und einen tragenden metallischen Körper mit dem DurchmesserIf these are rollers with elastic covers, these covers have a thickness of between 10 and 30 mm and a supporting metallic body with the diameter
D = Drel - 2 x (dp - ap)D = D rel - 2 x (dp - ap)
Dabei sind:Here are:
Dre( = Relativer Durchmesser (m) dp = Dicke des neuen Polymerbezuges (m) ap = max. mögliche Abnutzung des Polymerbezuges (m).D re ( = relative diameter (m) dp = thickness of the new polymer cover (m) ap = maximum possible wear of the polymer cover (m).
Für den Durchmesser D gilt zugleichThe same applies to the diameter D.
D = (16 χ G χ KG / (15 χ E χ fre( ))1 4 D = (16 χ G χ K G / (15 χ E χ f re ( )) 1 4
mit dem endgültigen D als dem nächsten wirtschaftlich herzustellenden Durchmesser.with the final D as the next diameter to be produced economically.
Dabei sind:Here are:
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich derG = weight of the roller body (N) in the range of
Bahnlänge L E = anzustrebender Elastizitätsmodul (N/m2), z.B. 180.000 für Grauguß mit kugelförmigem Graphit f re( = Durchbiegung (m) der Referenzwalze KG = Gruppenkonstante (m3) nach der folgenden Gleichung:Web length LE = desired modulus of elasticity (N / m 2 ), e.g. 180,000 for gray cast iron with spherical graphite f re ( = deflection (m) of the reference roller KG = group constant (m 3 ) according to the following equation:
KG = (5/(6χπ)) x L3 x ( 1 + 2,4 x (LM-L) / L + 2 x (D,ef / L)2 ) Dabei sind: π = Kreiskonstante (3,14159...)K G = (5 / (6 χ π)) x L 3 x (1 + 2.4 x (LM-L) / L + 2 x (D, ef / L) 2 ) Here are: π = circle constant (3.14159 ...)
L = Bahnlänge der Walzengruppe (m)L = web length of the roller group (m)
LM = Lagermittenabstand der Walzengruppe (m)LM = bearing center distance of the roller group (m)
Dre( = Durchmesser der Referenzwalze (m)D re ( = diameter of the reference roller (m)
Damit die Anordnung der Walzen im Kalander relativ frei zu gestalten ist, werden sinnvollerweise Walzen verwendet, die in ihren äußeren Durchmessern im wesentlichen gleich sind. Unerwünschte Schwingungen der Walzen können vermieden werden, wenn diese so dimensioniert sind, daß sie nicht in der Nähe der halbkritischen Drehzahl betrieben werden müssen. Schließlich können alle Walzen zur noch genaueren Bestimmung der Durchbiegung mit Ballaststoffen oder -körpern in der Zentralbohrung oder den peripheren Bohrungen versehen sein, die auch während des Betriebs zu- oder abgeführt oder verstellt werden können.So that the arrangement of the rolls in the calender can be designed relatively freely, rolls are used which are essentially the same in their outer diameters. Undesirable vibrations of the rollers can be avoided if they are dimensioned so that they do not have to be operated in the vicinity of the semi-critical speed. Finally, for even more precise determination of the deflection, all the rollers can be provided with fibers or bodies in the central bore or the peripheral bores, which can also be fed in or out or adjusted during operation.
Im Folgenden sei die Herstellung einer entsprechenden Walzengruppe des näheren beschrieben:The production of a corresponding roller group is described below:
Die Bestimmung der Walzendurchmesser für Walzen eines Mehrwalzenkalanders beginnt mit den Hartgußwalzen, weil diese nach der maximal zulässigen Durchbiegung erfolgen sollte. Sie wird bestimmt durch die technischen Möglichkeiten der Durchbiegungskompensation der Ober- und Unterwalzen, die bei Vielwalzenkalan- dern in der Regel über diese Möglichkeit verfügen . Zweckmäßigerweise wird eine Hartgußwalze als Referenzwalze bestimmt. Der äußere Durchmesser und der Durchmesser der Zentralbohrung, die jede größere Walze zur Gewichtsreduzierung aufweist, sollte etwa in der Mitte der jeweiligen Toleranz- bzw. Machbarkeitsfelder liegen.The determination of the roll diameter for rolls of a multi-roll calender begins with the chilled cast rolls, because this should be done after the maximum permissible deflection. It is determined by the technical possibilities of deflection compensation of the top and bottom rolls, which are usually available in multi-roll calenders. A chilled cast iron roll is expediently designated as the reference roll. The outer diameter and the diameter of the central bore, which each larger roller has to reduce weight, should be approximately in the middle of the respective tolerance or feasibility areas.
Im Rahmen der erwarteten Streuung des Elastizitätsmoduls wird dann ein zulässiger Bereich für die Durchbiegung bestimmt. Dieser Bereich kann dadurch eingeengt werden, daß man die Auswirkung unterschiedlicher Elastizitätsmoduli auf die Durchbiegung durch Modifikation des Durchmessers der Zentralbohrung kompensieren kann. Die Durchbiegung einer in den Lagern aufgehängten Walze wird nämlich durch das Gewicht des Walzenkörpers, den Elastizitätsmodul des Walzenwerkstoffes und das Trägheitsmoment des Walzenquerschnitts bestimmt. Durch die Verkleinerung der Zentralbohrung wird das Gewicht vergrößert und das Trägheitsmoment erhöht, letzteres jedoch nur in geringerem Maße, so daß die Walzendurchbiegung durch die Verkleinerung der Bohrung vergrößert werden kann.A permissible range for the deflection is then determined within the scope of the expected scatter of the elasticity module. This range can be narrowed down by compensating for the effect of different moduli of elasticity on the deflection by modifying the diameter of the central bore. The deflection of a roller suspended in the bearings is determined by the weight of the roller body, the modulus of elasticity of the roller material and the moment of inertia of the roller cross section. The reduction in the size of the central bore increases the weight and increases the moment of inertia, but the latter only to a lesser extent, so that the roll deflection can be increased by reducing the bore.
Innerhalb der üblichen Fertigungstoleranzen von Walzen aus Hartguß oder Schalenhartguß kann der äußere Durchmesser des Walzenkörpers fertigungsbedingt um +/- 1% schwanken. Diese Toleranz kann mit einem gewissen Mehraufwand eingeschränkt werden, den man im allgemeinen vermeidet, weil eine Einstellung auf unterschiedliche Walzendurchmesser im Kalander auf einfache Weise möglich ist. Für die Herstellung weitgehend biegegleicher Walzen kann diese relativ geringe Spanne genutzt werden, weil eine Variation des Außen-Durchmessers von nur +/- 1 % die Durchbiegung der Walze unter ihrem Eigengewicht um ca. -/+ 2 % verändert.Within the usual manufacturing tolerances of cast iron or chilled cast iron rolls, the outer diameter of the roll body can fluctuate by +/- 1% due to the manufacturing process. This tolerance can be limited with a certain additional effort, which is generally avoided because an adjustment to different roll diameters in the calender is possible in a simple manner. This relatively small span can be used for the production of rolls that are largely identical in bending, because a variation of the outside diameter of only +/- 1% changes the deflection of the roll under its own weight by approx. - / + 2%.
Allerdings ist bei der endgültigen Festlegung des Außen-Durchmessers zu berücksichtigen, daß durch Nachschleifen im Verlauf der Nutzung der Walze eine Durchmesserverringerung erfolgt. U.U. ist ein Kompromiß dahingehend zu finden, daß die Nutzungsdauer der Walze und damit das zulässige Nachschleif-Aufmaß reduziert wird.However, when finalizing the outer diameter, it must be taken into account that the diameter is reduced by regrinding during the use of the roller. Possibly. a compromise can be found in that the service life of the roller and thus the allowable regrinding allowance is reduced.
Erfindungsgemäß ist weiter der Durchmesser D des mit einem Polymerbezug zu versehenden Walzenkörpers, entsprechend der Beanspruchung des Bezuges und seiner Haltbarkeit, festzulegen. Bei sehr hohen Belastungen durch Liniendruck, Umdrehungsgeschwindigkeit und Temperaturen bzw. weniger haltbaren Bezügen wird man sich für einen möglichst großen Walzendurchmesser entscheiden. Im Hinblick auf die gewünschte Biegegleichheit wird dann ein Werkstoff mit einem niedrigen Elastizitätsmodul zwischen 90.000 und 120.000 N/mm2 eingesetzt.According to the invention, the diameter D of the roller body to be provided with a polymer cover is to be determined in accordance with the stress on the cover and its durability. In the case of very high loads caused by line pressure, speed of rotation and temperatures or less durable covers, you will opt for the largest possible roll diameter. A material with a low modulus of elasticity between 90,000 and 120,000 N / mm 2 is then used with regard to the desired bending uniformity.
Umgekehrt kann man bei niedriger Beanspruchung des elastischen Bezuges bzw. einem hoch belastbaren elastischen Bezugsmaterial einen kleineren Walzendurchmesser vorsehen. Dann ist vorzugsweise ein Elastizitätsmodul zwischen 170.000 und 185.000 N/mm2 einzusetzen. Für mittlere Belastungen wird erfindungsgemäß ein Gußeisen eingesetzt, dessen Elastizitätsmodul in einem weiten Bereich zwischen 130.000 und 160.000 N/mm2 liegt.Conversely, if the elastic cover or a highly resilient elastic cover material is subjected to low loads, a smaller roller diameter can be provided. Then an elastic modulus between 170,000 and 185,000 N / mm 2 should preferably be used. According to the invention, a cast iron is used for medium loads, the modulus of elasticity of which is in a wide range between 130,000 and 160,000 N / mm 2 .
Teil der Erfindung ist deshalb auch die Möglichkeit, den Elastizitätsmodul von Gußeisen in großen Walzenkörpern den Erfordernissen der Herstellung von Walzen mit weitgehend gleichen Durchbiegungen entsprechend zu beeinflussen. Er hängt maßgeblich von dem in das Eisengefüge eingelagerten Graphit ab. Ist dieser in Form von Lamellen ausgebildet (Grauguß), dann entsteht bei Zugbelastung eine Kerbwirkung, welche den Grundwerkstoff schwächt und den Elastizitätsmodul stark vermindert. Er beträgt dann 100.000 N/mm2 und weniger. Durch das Zulegieren von Magnesium werden die Oberflächenspannungen im flüssigen Zustand soweit verändert, daß sich der Graphit kugelförmig einformt (Sphäroguß). Die Verringerung des Elastizitätsmoduls des Grundwerkstoffes ist dann nur noch gering. Werte bis 185.000 N/mm2 werden erreicht.Part of the invention is therefore also the possibility of influencing the modulus of elasticity of cast iron in large roll bodies in accordance with the requirements for the production of rolls with largely the same deflections. It largely depends on the graphite embedded in the iron structure. If this is designed in the form of lamellae (gray cast iron), a notch effect occurs when the tensile load is applied, which weakens the base material and greatly reduces the modulus of elasticity. It is then 100,000 N / mm 2 and less. The alloying of magnesium changes the surface tensions in the liquid state to such an extent that the graphite is spherically shaped (spheroidal iron). The reduction in the modulus of elasticity of the base material is then only slight. Values up to 185,000 N / mm 2 are achieved.
Erfindungsmäßig wird nun die Impftechnik und die Magnesiumdotierung so modifiziert, daß sich bei der Graphitausscheidung Zwischenformen von lamellar und kugelig einstellen (vermikulares Gußeisen). Diese Zwischenformen ermöglichen es, den Elastizitätsmodul des Werkstoffes in einem Bereich zwischen 110.000 und 170.000 N/mm2 - vorzugsweise zwischen 130.000 und 160.000 N/mm2 - einzustellen, gerade so, wie man dies aufgrund der Vorgaben benötigt. Allerdings ist die Technik dafür mit einer relativ großen Streubreite der entscheidenden Werkstoffeigenschafteπ belastet, weil schon geringste Variationen in Legierung und Impfung erhebliche Auswirkungen auf den Elastizitätsmodul haben. Deshalb kommt einer exakten Feststellung des tatsächlichen Elastizitätsmoduls von Walzen nicht nur für die jeweils zu betrachtende Walze selbst, sondern auch als Grundlage für die fortlaufend zu treffenden Werk- stoffentscheidungen in zukünftigen Fällen besondere Bedeutung zu.According to the invention, the inoculation technique and the magnesium doping are now modified so that intermediate forms of lamellar and spherical occur during the graphite precipitation (vermicular cast iron). These intermediate forms make it possible to adjust the modulus of elasticity of the material in a range between 110,000 and 170,000 N / mm 2 - preferably between 130,000 and 160,000 N / mm 2 - exactly as is required based on the specifications. However, the technology is burdened with a relatively large spread of the decisive material properties, because even the smallest variations in alloy and vaccination have a significant impact on the elastic modulus. Therefore, an exact determination of the actual elastic modulus of rolls is of special importance not only for the roll itself, but also as a basis for the material decisions to be made continuously in future cases.
Aus dem Kerndurchmesser und den konstruktiv möglichen Durchmessern der Zentralbohrungen ergibt sich aus der Biegeformel ein Bereich für die zulässigen Elastizitätsmoduli des Walzenwerkstoffes. Dabei ist die Größe der Bohrung nach oben durch die Profilstörung im Randbereich der Walze begrenzt, die sich aus der Tatsache der Ovalisierung des Walzenkörpers unter einer Linienbelastung ergibt, aber auch durch die Notwendigkeit der Unterbringung von Heiz- bzw. Kühlbohrungen im Walzenkörper, die der Glättprozeß erfordert oder die Steigerung der Haltbarkeit von elastischen Kunststoffbezügen. Nach unten wird die Bohrung bei Walzen mit großen Außen-Durchmessern zur Begrenzung der Walzengewichte ebenfalls begrenzt. Als Durchmesser D des Walzenkörpers für weitgehend biegungsgleiche Walzen mit einem elastischen Bezug wird erfindungsgemäßFrom the core diameter and the constructionally possible diameters of the central bores, the bending formula results in a range for the permissible moduli of elasticity of the roller material. The size of the bore is limited upwards by the profile disturbance in the edge region of the roller, which results from the fact that the roller body is ovalized under a line load, but also by the necessity of accommodating heating or cooling holes in the roller body, which is the smoothing process requires or increase the durability of elastic plastic covers. In the case of rolls with large outside diameters, the bore is also limited downwards to limit the roll weights. According to the invention, the diameter D of the roll body for rolls of largely the same curvature with an elastic cover is used
D = Drel - 2 x (dp - ap)D = D rel - 2 x (dp - ap)
ausgewählt.selected.
Dabei sind:Here are:
Drei = Relativer Durchmesser (m) dp = Dicke des neuen Polymerbezuges (m) ap = max. mögliche Abnutzung des Polymerbezuges (m).D rei = relative diameter (m) dp = thickness of the new polymer covering (m) ap = max. possible wear of the polymer cover (m).
Der relative Durchmesser Drel entspricht bei Walzen mit einem elastischen Bezug mit Grundkörpern aus Grauguß mit lamellarem Graphit ungefähr dem in der Reihe der Standarddurchmesser nächsthöheren, bei Grauguß mit kugelförmigem Graphit un¬ gefähr dem in der Reihe der Standarddurchmesser nächstniedrigen oder bei einem Walzengrundkörper aus Grauguß mit vermikularem Graphit ungefähr dem Durch¬ messer der Referenzwalze. Da bei diesen Werkstoffen - anders als beim Schalen¬ hartguß - die Bearbeitungszugabe abgesehen von Wirtschaftlichkeitserwägungen frei gewählt werden kann, handelt es sich bei dieser Festlegung nur um Richtwerte.The relative diameter D rel corresponds approximately to the case of rollers with an elastic cover with basic bodies from cast iron with lamellar graphite the next highest in the series of standard diameter in cast iron with spheroidal graphite un ¬ endanger the next lowest or in the series of standard diameter at a roller base body made of cast iron with vermicular graphite roughly the diameter ¬ By the reference roll. Since these materials - unlike shell ¬ cast iron - the machining allowance can be chosen freely, apart from economic considerations, this specification is only a guideline.
Der fertige Durchmesser D des Walzenkörpers ist so zu wählen, wie er sich aus der FormelThe finished diameter D of the roller body is to be chosen as it is from the formula
D = (16 X G X KG / (15 χ E χ f ref ))1 4 D = (16 XGXK G / (15 χ E χ f ref )) 1 4
als nächster wirtschaftlich herzustellender Durchmesser ergibt.the next diameter to be produced economically.
Dabei sind:Here are:
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich derG = weight of the roller body (N) in the range of
Bahnlänge L E = anzustrebender Elastizitätsmodul (N/m2), z.B. 180.000 für Grauguß mit kugelförmigem Graphit f ref = Durchbiegung (m) der ReferenzwalzeWeb length LE = desired modulus of elasticity (N / m 2 ), eg 180,000 for gray cast iron with spherical graphite f ref = deflection (m) of the reference roller
KG = Gruppenkonstante (m3) nach der folgenden GleichungKG = group constant (m 3 ) according to the following equation
K (5/(6χπ)) x L3 x ( 1 + 2,4 x (LM-L) / L + 2 x (Dref / L)2 ) Dabei sind: π = Kreiskonstante (3,14159...)K (5 / (6 χ π)) x L 3 x (1 + 2.4 x (LM-L) / L + 2 x (D ref / L) 2 ) Here are: π = circle constant (3.14159 ...)
L = Bahnlänge der Walzengruppe (m)L = web length of the roller group (m)
LM = Lagermittenabstand der Walzengruppe (m)LM = bearing center distance of the roller group (m)
Dref = Durchmesser der Referenzwalze (m)D ref = diameter of the reference roller (m)
Da die Gewichtskraft G des Walzenkörpers abhängig von seinem Durchmesser ist, ist dieser endgültig durch Iteration oder weitere Berechnung zu ermitteln.Since the weight G of the roller body depends on its diameter, it must be finally determined by iteration or further calculation.
Da die Materialkennwerte, wie z.B. der Elastizitätsmodul, aus kleinen Proben nicht ausreichend präzise bestimmt werden können, ist es schließlich Bestandteil der Erfindung, daß der mittlere Elastizitätsmodul der ganzen Walzenkörper im Verlauf des Fertigungsprozesses durch Biegeversuche des ganzen Walzenkörpers bestimmt und kontrolliert wird, womit jeweils Anhaltspunkte für die weitere Bearbeitung der Walzenkörper gewonnen werden. Dazu wird der Walzenkörper aufgelagert und durch das Aufbringen von definierten Kräften verbogen. Die Verbiegung des ganzen Körpers wird gemessen. Alle über den Querschnitt veränderlichen Materialeigenschaften, wie z.B. der Elastizitätsmodul und die spezifische Dichte werden so gemeinsam und gleichzeitig erfaßt. Daraus kann der tatsächliche mittlere Elastizitätsmodul berechnet werden. Mit fortschreitender Bearbeitung des Hartgußkörpers (Schruppdrehen der Oberfläche, Zentralbohrung, Einbringen von peripheren Bohrungen) können diese Messungen im Bedarfsfall wiederholt und so ein einigermaßen endgültiger mittlerer Elastizitätsmodul bestimmt werden, für den dann der genaue Durchmesser der Zentralbohrung festgelegt werden kann, welcher die gewünschte Durchbiegung erzeugt. Ohne periphere Bohrungen gilt:Since the material parameters, e.g. the modulus of elasticity, cannot be determined with sufficient precision from small samples, it is finally part of the invention that the average modulus of elasticity of the entire roller body is determined and controlled in the course of the manufacturing process by bending tests of the entire roller body, which in each case gives points of reference for the further processing of the roller body be won. For this purpose, the roller body is supported and bent by the application of defined forces. The bending of the whole body is measured. All material properties that change over the cross-section, e.g. the modulus of elasticity and the specific density are thus recorded together and simultaneously. The actual mean modulus of elasticity can be calculated from this. With progressive machining of the chilled cast body (rough turning of the surface, central drilling, introduction of peripheral drilling), these measurements can be repeated if necessary and a somewhat final mean elastic modulus can be determined, for which the exact diameter of the central drilling can then be determined, which produces the desired deflection . The following applies without peripheral drilling:
Bohrungsdurchmesser = (D4 - G x KG / (f x E)), 4 Bore diameter = (D 4 - G x K G / (fx E)) , 4
Mit peripheren Bohrungen gilt:With peripheral bores:
Bohrungsdurchmesser = (D4 - Zp x Dp 2 x (Dp 2 + 2 x Tp 2) - G x KG / (f x E))% Bore diameter = (D 4 - Z p x D p 2 x (D p 2 + 2 x T p 2 ) - G x K G / (fx E)) %
Dabei sind:Here are:
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich der Bahnlänge E = Elastizitätsmodul (N/m2)G = weight of the roller body (N) in the area of the web length E = modulus of elasticity (N / m 2 )
D = Außen-Durchmesser (m) f = anzustrebende Durchbiegung (m)D = outer diameter (m) f = desired deflection (m)
KG = Gruppenkonstante (m3) nach o.a. GleichungKG = group constant (m 3 ) according to the above equation
Zp = Zahl der peripheren BohrungenZ p = number of peripheral holes
Dp = Durchmesser der peripheren Bohrungen (m)Dp = diameter of the peripheral bores (m)
Tp = Teilkreis (m) der peripheren BohrungenT p = pitch circle (m) of the peripheral holes
Als Meßverfahren für die Durchbiegung des gesamten Walzenkörpers in verschie¬ denen Fertigungszuständeπ werden beispielsweise erfindungsgemäß genutzt:As a method of measuring the deflection of the entire roll body in various ¬ which Fertigungszuständeπ example, be used according to the invention:
Lichtstrahl-Methode:Light beam method:
Der Walzenkörper, dessen Gewicht zuvor mittels einer Präzisionswage auf 0,5 % genau bestimmt wurde, ist an den Enden auf Rollenböcken gelagert. Auf der Ober¬ seite des Walzenkörpers ist in der Mitte eine Lichtquelle - z.B. ein Laser - befestigt, deren Strahl geteilt und axialparallel auf zwei Weg-Sensoren gerichtet ist, die jeweils an den Walzenenden angebracht sind. Die radiale Position der Auftreffpunkte auf die Sensoren wird festgehalten. Nach einer Drehung des Walzenkörpers um 180° wird die Verschiebung der radialen Position der Auftreffpunkte ein zweites Mal gemessen. Diese Verschiebungen sind ein Maß für den zweifachen Wert der Durchbiegung des Walzenkörpers in der Walzenmitte unter seinem Eigengewicht. Mit den gemessenen Werten für den äußeren und inneren Durchmesser des Walzenkörpers, sowie dem Abstand zwischen den Rollenböcken sowie den Sensoren kann dann der genaue durchschnittliche Elastizitätsmodul des Walzenkörpers ermittelt werden.The roller body, the weight of which was previously determined to a precision of 0.5% using a precision balance, is supported at the ends on roller stands. On the upper ¬ side of the roller body is in the center of a light source - such as a laser - mounted axially parallel and divided whose beam sensors path is directed to two, each of which is attached to the roll ends. The radial position of the points of impact on the sensors is recorded. After rotating the roller body by 180 °, the displacement of the radial position of the impact points is measured a second time. These displacements are a measure of twice the value of the deflection of the roll body in the middle of the roll under its own weight. With the measured values for the outer and inner diameter of the roller body, as well as the distance between the roller blocks and the sensors, the exact average elastic modulus of the roller body can then be determined.
G x L3 / ( 38,4 χ f x J )G x L 3 / (38.4 χ fx J)
Dabei sind:Here are:
E = Elastizitätsmodul in (N/m2)E = modulus of elasticity in (N / m 2 )
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich der Bahnlänge L L = Abstand zwischen der Rollen (m)G = weight of the roller body (N) in the area of the web length L L = distance between the rollers (m)
= gemessene Veränderung der Durchbiegung (m)= measured change in deflection (m)
J = Trägheitsmoment des Walzenquerschnittes (m4)J = moment of inertia of the roll cross-section (m 4 )
Die Lichtstrahl-Methode hat den Vorteil, daß eine Messung auch an einer fertigen Walze erfolgen kann, wenn die Walze in ihren eigenen Lagern gedreht werden kann. Die Gleichung zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls ist dann: 6 χ KG χ π / ( 32 χ L x f x J )The light beam method has the advantage that a measurement can also be carried out on a finished roller if the roller can be rotated in its own bearings. The equation for determining the modulus of elasticity is then: 6 χ K G χ π / (32 χ L xfx J)
Dabei sind:Here are:
Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich der Bahnlänge LWeight force of the roller body (N) in the area of the web length L
KG Gruppenkostante (m4) nach der o.a. Gleichung π Kreiskonstante (3,14159...)K G group constant (m 4 ) according to the above equation π circle constant (3.14159 ...)
L Bahnlänge (m) f gemessene Veränderung der Durchbiegung (m)L path length (m) f measured change in deflection (m)
J Trägheitsmoment des Walzenquerschnittes (m4)J moment of inertia of the roll cross-section (m 4 )
Meßbalken-Methode:Measuring bar method:
Ein biegesteifer Meßbalken wird in axialer Richtung auf den Walzenkörper gelegt, wobei er durch Auflager an den Walzenenden gestützt wird. Eine Abstandsmeßvor- richtung, z.B. eine Meßuhr, mißt den Abstand des Walzenkörpers zum Meßbalken in der Walzenmitte. Wird nunmehr eine definierte vertikale Kraft in der Walzenmitte auf den Walzenkörper ausgeübt, verformt diese jenen, nicht aber den Meßbalken. Aus der Veränderung des Abstandes zwischen Meßbalken und Walzenkörper in der Walzenmitte und den Abmessungen des Waizenkörpers kann direkt der genaue durchschnittlichen Elastizitätsmodul errechnet werden:A rigid measuring beam is placed on the roll body in the axial direction, whereby it is supported by supports at the roll ends. A distance measuring device, e.g. a dial gauge measures the distance of the roller body to the measuring bar in the middle of the roller. If a defined vertical force is now exerted on the roller body in the middle of the roller, it deforms that roller body, but not the measuring beam. The exact average modulus of elasticity can be calculated directly from the change in the distance between the measuring bar and the roller body in the middle of the roller and the dimensions of the roller body:
E = P x L3 / ( 48 x f x J)E = P x L 3 / (48 xfx J)
Dabei sind:Here are:
E = Elastizitätsmodul (N/m2)E = modulus of elasticity (N / m 2 )
P = ausgeübte Kraft (N)P = applied force (N)
L = Abstand zwischen den Auflagern (m) f = gemessene Veränderung der Durchbiegung (m)L = distance between the supports (m) f = measured change in deflection (m)
J = Trägheitsmoment des Walzenquerschnittes (m4)J = moment of inertia of the roll cross-section (m 4 )
Da der Elastizitätsmodul von Gußeisenwerkstoffen lastabhängig ist, sollte die Messung unter verschiedenen Kraftniveaus wiederholt werden. Meßbrücken-Methode:Since the modulus of elasticity of cast iron materials depends on the load, the measurement should be repeated under different force levels. Measuring bridge method:
Die Messung läßt sich auch ähnlich der Meßbalken-Methode durchführen, wenn der Walzenkörper auf einem stabilen Untergrund an den Enden gelagert wird. Von Me߬ brücken an den Enden und in der Walzenkörpermitte läßt sich die vertikale Ver¬ schiebung an diesen Stellen im Räume durch das Aufbringen einer definierten verti¬ kalen Kraft messen. Ein eventuelles elastisches Nachgeben der Auflager kann so rechnerisch eliminiert werden. Die Formel zur Bestimmung des mittleren Elastizi¬ tätsmoduls entspricht der Formel (7), wobei die Durchbiegung f wie folgt bestimmt wird:The measurement can also be carried out similarly to the measuring beam method if the roller body is supported at the ends on a stable surface. ¬ measuring bridge at the ends and in the middle of the roller body, the vertical Ver ¬ can shift measured at these points in space by applying a defined verti cal ¬ force. Any elastic yielding of the supports can thus be eliminated by calculation. The formula for determining the average Elastizi ¬ tätsmoduls corresponds to the formula (7), wherein the deflection f is determined as follows:
f - ( f, + f2 ) / 2f - (f, + f 2 ) / 2
Dabei sindAre there
L Anzeige in der Walzenmitte (m) n f2 = Anzeige an den Walzenenden (m)L display in the middle of the roll (m) nf 2 = display at the end of the roll (m)
Eigenfrequenz-Methode:Natural frequency method:
Aus der gemessenen Eigenfrequenz eines Biegebalkens, der an beiden Enden auf¬ gelagert ist, läßt sich über den einfachen ZusammenhangFrom the measured natural frequency of a bending beam, which is supported on both ends on ¬ , it can be seen via the simple relationship
f = g / ( 4 x π2 x n2 ) f = g / (4 x π 2 xn 2 )
die Durchbiegung bei Eigengewicht und damit der genaue durchschnittliche Elasti¬ zitätsmodul des Walzenkörpers bestimmen.the deflection in weight and therefore the exact average Elasti ¬ zitätsmodul determine the roll body.
Dabei sind: π = Kreiskonstante (3,14159...) n = Eigenfrequenz (1/s) g = Erdbeschleunigung ( = 9,81 m/s2)Here are: π = circular constant (3.14159 ...) n = natural frequency (1 / s) g = gravitational acceleration (= 9.81 m / s 2 )
Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Anwendung dieser Meßverfahren ist gemeinsam, daß auch größere systematische Fehler der jeweiligen Meßmethode keine Rolle spielen, solange die Meßergebnisse mit einer Genauigkeit < 1 % reproduzierbare Ergebnisse liefern. Die für die erfindungsgemäß hergestellte Walzengruppe ge- meinsame gleiche Durchbiegung kann absolut von der Messung abweichen, den¬ noch können Walzen mit zueinander im wesentlichen gleichen Durchbiegungen her¬ gestellt werden.With regard to the application of these measurement methods according to the invention, it is common that even larger systematic errors of the respective measurement method are irrelevant, as long as the measurement results deliver reproducible results with an accuracy of <1%. The for the roll group produced according to the invention my same same deflection may differ absolutely from the measurement, the rollers can still ¬ with each other at substantially equal deflections ¬ forth are provided.
Es ist allerdings bisher bei der Herstellung von Kalanderwalzen für die Papierindu¬ strie nur in Ausnahmefällen üblich, das genaue Gewicht der Walzen durch Wiegen zu bestimmen. Wegen des nicht geringen Aufwandes bei der Bestimmung der hohen Walzengewichte werden Wägungen an einzelnen Walzenkörpern selten durchge¬ führt. Üblich sind näherungsweise Berechnuπgsformeln, die sich auf Erfahrungs¬ werte stützen.It has so far been in the production of calender rolls for Papierindu ¬ stry only common in exceptional cases, to determine the exact weight of the rolls by weighing. Because of no small expense in determining the high roller weights weighing will lead to individual rolling bodies rarely Runaway ¬. Usually approximately Berechnuπgsformeln, the values on experiential ¬ are based.
Für peripher gebohrte Walzen der Walzengruppe mit elastischem Bezug kann z.B. die folgende Formel für die Gewichtskraft G der ganzen Walze mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent angewandt werdenFor peripherally drilled rolls of the roll group with elastic cover, e.g. the following formula for the weight force G of the entire roller can be applied with an accuracy of a few percent
G = 60000 x ( D2 - B ) x LG = 60000 x (D 2 - B) x L
Dabei sind:Here are:
D = Durchmesser (m) des Walzenkörpers B = Bohrungsdurchmesser (m) L = Bahnlänge (m)D = diameter (m) of the roller body B = bore diameter (m) L = web length (m)
Für die Herstellung und den Betrieb von ganzen Walzengruppen mit weitgehend gleichen Durchbiegungen ist die Feststellung der genauen Walzengewichte jedoch, wie bei den anzuwendenden Meßmethoden aufgezeigt, wichtig, weil diese aufgrund der unterschiedlichen Walzendurchmesser, der elastischen Bezüge, der unter¬ schiedlichen spezifischen Werkstoffgewichte und der zur Erzeugung der weitgehend gleichen Durchbiegungen zu dimensionierenden Zentralbohrungen erheblich schwanken können. Erfindungsgemäß sind darum die Walzengewichte der neuen Walzen durch geeichte Präzisionswagen genau zu bestimmen und bei der erfindungsgemäßen Ermittlung des Durchmessers der Zentralbohrung zugrundezulegen. Es ist auch zweckmäßig, die Gewichte der Walzendokumentation beizufügen. Die Veränderung der Walzengewichte im Betrieb durch z.B. abnutzungsbedingtes Nacharbeiten kann auf dieser Basis mit ausreichender Genauigkeit nachvollzogen wer¬ den. Wie weiter oben erwähnt, verändert sich die Durchbiegung von Kalanderwalzen im Laufe ihrer betrieblichen Nutzung. Bei Walzen aus Schalenhartguß wird durch re¬ gelmäßiges Nachschleifen die harte und wegen ihres hohen Elastizitätsmoduls zur Biegesteifheit der Walze überproportional beitragende Schreckschicht allmählich ver¬ ringert. Die Durchbiegung dieser Walzen nimmt dementsprechend zu. Bei Walzen mit einem elastischen Bezug trägt dieser so gut wie gar nicht zur Biegesteifheit der Walze bei. Er erhöht jedoch das Walzengewicht. Wird dieser Bezug - was in regel¬ mäßigen Abständen geschieht - nachgearbeitet, verringert sich das Walzengewicht und damit die Durchbiegung.For the production and operation of all roll groups with largely the same deflections to establish the exact rolling weights, however, as indicated in the applicable measurement methods, important because these due to the different roll diameter, the elastic covers which specific under ¬ retired union material weights and to Generation of largely identical deflections to be dimensioned central bores can fluctuate considerably. According to the invention, the roll weights of the new rolls are therefore to be exactly determined by calibrated precision carriages and to be used as a basis for the determination of the diameter of the central bore. It is also advisable to add the weights to the roll documentation. The change of the roller weights during operation wear conditional by eg finishing able to be tracked on this basis with sufficient accuracy ¬ to. As mentioned above, the deflection of calender rolls changes over the course of their operational use. In rollers from chilled cast the hard and disproportionately contributing because of their high modulus of elasticity to the bending stiffness of the roller is chilled layer Ringert gradually ver ¬ by re ¬ gelmäßiges regrinding. The deflection of these rollers increases accordingly. In the case of rolls with an elastic cover, this hardly contributes to the bending stiffness of the roll. However, it increases the roll weight. If this relation - what happens at regular intervals ¬ - refinished, reduces the roll weight and deflection.
Eine weitere Veränderung der Durchbiegung ergibt sich bei Variationen der Betrieb¬ stemperatur aufgrund des mit steigender Temperatur abnehmenden Elastizitätsmo¬ duls. Je nach dem angestrebten Glättergebnis wird die Temperatur der Heizwalzen und der Liniendruck im Kalander erhöht. Während die Temperatur der beheizten Walzen aus Schalenhartguß mittels einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträ¬ germediums, das die Walzenkörper durchströmt, direkt beeinflußt wird, erhöht ein verstärkter Druck die Walkarbeit in den elastischen Bezügen. Die so erzeugte Rei¬ bungswärme führt zu Temperatursteigerungen der Bezüge und der Walzenkörper. Vielfach werden diese darum mit Kühlmöglichkeiten ausgerüstet. Beide Effekte sind die Ursache dafür, daß es nicht möglich ist, die Walzen in einer Walzengruppe so auszulegen, daß diese unter allen Betriebsbedingungen und für die gesamte Nut¬ zungszeit der Walzen genau gleiche Durchbiegungen aufweisen, obwohl das oben beschriebene erfindungsgemäße Fertigungsverfahren eine sehr präzise Fertigung ermöglicht. Zwei Extremsituationen lassen sich für die Walzengruppe beschreiben. Einmal der Auslieferungszustand mit Temperaturen in der Nähe der Umge¬ bungstemperatur und zum anderen der jeweilige Zustand bei maximalem Verschleiß der Arbeitsschicht und maximaler Betriebstemperatur der beheizten Hartgußwalzen. Hatten die Walzen im Auslieferungszustand übereinstimmende Durchbiegungen unter dem Einfluß der Schwerkraft, würden die Durchbiegungen mit zunehmendem Verschleiß und steigender Temperatur der beheizten Hartgußwalzen immer weiter auseinanderdriften. Es ist erfindungsgemäß darum vorgesehen, die Durchbiegung der Walzen mit elastischen Bezügen im Auslieferungszustand zunächst etwas stär¬ ker einzustellen. Dazu werden rechnerisch die Durchbiegungen zueinander ins Ver¬ hältnis gesetzt:A further change in the deflection resulting in variations in operating ¬ ture due to the decreasing with increasing temperature Elastizitätsmo ¬ duls. Depending on the desired smoothing result, the temperature of the heating rollers and the line pressure in the calender are increased. While the temperature of the heated rollers from chilled cast by means of a liquid or gaseous Wärmeträ ¬ transfer medium, which passes through the roller body, is directly affected, increased pressure increases the flexing into the elastic case. The thus produced Rei ¬ bung heat leads to temperature increases of the cover and the roll body. This is why they are often equipped with cooling options. Both effects are the reason that it is not possible to design the rollers in a roller group so that these, under all operating conditions and for the whole groove ¬ wetting time of the rolls just like deflections comprise, although the manufacturing method of the invention described above, a very precise manufacturing enables. Two extreme situations can be described for the roller group. Once the delivery state at temperatures in the vicinity of the other ¬ ambient temperature and on the other the respective state at the maximum wear of the working layer and maximum operating temperature of the heated chilled rolls. If the rolls had corresponding deflections under the influence of gravity in the delivery state, the deflections would drift further and further apart with increasing wear and increasing temperature of the heated chilled cast iron rolls. It is according to the invention provided about adjusting the deflection of the rolls with resilient coverings in the delivery state initially somewhat Staer ¬ ker. For this, the deflections are related to each other Ver ¬ ratio calculation:
Durchbiegung Hartgußwalze : Durchbiegung Polymerwalze Im Auslieferungszustand sollte dieses Verhältnis < 1 sein und Im Zustand der jeweils maximalen Abnutzung und Betriebstemperatur > 1. Durch entsprechende Festlegung der Fertigdurchmesser der Bohrungen können όie extremen Verhältnisse vorzugsweise so eingestellt werden, daß sie etwa denselben absoluten Abstand zu 1 aufweisen. Damit ist sichergestellt, daß die Durchbiegungen auch bei beliebiger Kombination von Walzen innerhalb der Gruppe stets weitgehend gleich sind.Deflection chilled cast roller: Deflection polymer roller In the delivery state, this ratio should be <1 and in the state of the maximum wear and operating temperature> 1. By appropriately determining the finished diameter of the holes, όie extreme conditions can preferably be set so that they have approximately the same absolute distance from 1. This ensures that the deflections are always largely the same even with any combination of rollers within the group.
Dies kann auch durch eine Auslegung der Fertigdurchmesser der Bohrungen in der Weise erreicht werden, daß die folgende Bedingung in etwa erfüllt ist:This can also be achieved by designing the finished diameter of the bores in such a way that the following condition is approximately fulfilled:
fH HWW11 ••' 'PWΪι == f τP 2? : : f τιHW2 f H HWW11 •• ' ' PWΪι == f τ P 2 ? :: f τι HW2
Dabei sind: fHWi = Durchbiegung der Hartgußwalze (m) i = Durchbiegung der Polymerwalze (m) jeweils im Neuzustand bei UmgebungstemperaturHere are: f HWi = deflection of the chilled cast iron roll (m) i = deflection of the polymer roll (m) each in new condition at ambient temperature
/2 = Durchbiegung der Polymerwalze (m) fHW2 = Durchbiegung der Hartgußwalze (m) jeweils im Zustand maximalen Verschleißes und bei maximaler Betriebstemperatur der Hartgußwalze. / 2 = deflection of the polymer roller (m) f HW2 = deflection of the chill cast roller (m) in each case in the state of maximum wear and at maximum operating temperature of the chill cast roller.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Walzengruppe für einen Kalander zur Bearbeitung von Materialbahnen, beste¬ hend aus mindestens zwei Walzen mit jeweils einem Walzenkörper aus einem ge¬ gossenen Eisenwerkstoff, von denen mindestens eine aus einem Hartguß- oder Schalenhartgußwerkstoff besteht und die anderen entweder auch aus Hartguß- oder Schalenhartguß oder aus einem Gußeisen mit lamellar, vermikular oder sphärisch ausgebildetem Graphit bestehen und mit einem elastischen Bezug versehen sein können, mit mindestens jeweils einem angeschraubten Zapfen, mit Durchmessern der Walzenkörper >500 mm, mit einem Verhältnis von Bahnlänge: Durchmesser >7, mit einer Lagerung der Walzen in Wälzlagern im Bereich der Zapfen,1. roller group for a calender for processing material webs, best ¬ starting from at least two rolls, each with a roller body from a ge ¬ cast ferrous material, of which at least one consists of a Hartguß- or Schalenhartgußwerkstoff and the other either also from Hartguß- or chill casting or consist of a cast iron with lamellar, vermicular or spherical graphite and can be provided with an elastic cover, with at least one screwed pin, with diameters of the roller bodies> 500 mm, with a ratio of web length: diameter> 7, with a bearing the rollers in rolling bearings in the area of the pins,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
der Walzenkörper aus Hartguß- oder Schalenhartgußwerkstoff (Referenzwalze) eine Zentralbohrung mit einer Wandstärke zwischen 100 mm und 300 mmthe roller body made of chilled or hard chilled cast material (reference roller) has a central hole with a wall thickness between 100 mm and 300 mm
sowie eine natürliche Durchbiegung fref unter dem Einfluß der Schwerkraft und bei einer Unterstützung in den Wälzlagern zwischen 0,1 und 0,2 mm je Meter Bahnlänge aufweist,as well as a natural deflection f ref under the influence of gravity and with support in the roller bearings between 0.1 and 0.2 mm per meter of track length,
und die fertigen Bohrungsdurchmesser der Walzenkörper der anderen Walzen unter Berücksichtigung ihrer eigenen Gewichtskraft G im Bereich der Bahnlänge L und ihres mittleren Elastizitätsmoduls E so bestimmt werden, daß sich im wesentlichen gleiche Beträge für die Durchbiegung f ergeben, z.B. indem sie der folgenden Glei¬ chung genügen:and the final bore diameter of the rolling body to be determined of the other rollers, taking into account their own weight G in the region of the web length L and their mean modulus of elasticity E so that arise f essentially the same amounts for the deflection, for example by satisfying the sliding ¬ chung :
Bohrungsdurchmesser = (D4 - G x KG / (f x E))1/4 Bore diameter = (D 4 - G x K G / (fx E)) 1/4
Dabei sindAre there
G = Gewichtskraft des Walzenkörpers (N) im Bereich derG = weight of the roller body (N) in the range of
Bahnlänge L E = Elastizitätsmodul (N/m2)Web length LE = modulus of elasticity (N / m 2 )
D = Außen-Durchmesser (m) des Walzenkörpers f = angestrebte Durchbiegung (m), weitgehend gleich fref D = outer diameter (m) of the roller body f = desired deflection (m), largely the same as f ref
KG = Gruppenkonstante (m3) nach der folgenden Gleichung: KQ = (5/(6χπ)) x L3 x ( 1 + 2,4 x (LM-L) / L + 2 x (Dref / L)* )K G = group constant (m 3 ) according to the following equation: KQ = (5 / (6 χ π)) x L 3 x (1 + 2.4 x (LM-L) / L + 2 x (D ref / L) *)
Dabei sind: π = Kreiskonstante (3,14159...)Here are: π = circle constant (3.14159 ...)
L = Bahnlänge der Walzengruppe (m)L = web length of the roller group (m)
LM = Lagermittenabstand der Walzengruppe (m)LM = bearing center distance of the roller group (m)
Dref = Durchmesser der Referenzwalze (m)D ref = diameter of the reference roller (m)
2. Walzengruppe nach Anspruch 1 ,2. roller group according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die Walzenkörper der darin vorhandenen Walzen mit peripheren Bohrungen ausge¬ stattet sind, durch welche ein flüssiger oder kondensierbarer gasförmiger Wärmeträ¬ ger zum Beheizen, Kühlen oder Temperieren geleitet werden kann und die fertigen Zentralbohrungs-Durchmesser der Walzenkörper unter Berücksichtigung ihres Ei¬ gengewichtes G und ihres mittleren Elastizitätsmoduls E so bestimmt werden, daß sich im wesentlichen gleiche Beträge für die Durchbiegung f ergeben, z.B. indem sie der folgenden Gleichung genügen:the roll body of the present therein rolls are equipped with peripheral bores being ¬ through which a liquid or condensable gaseous Wärmeträ ¬ can be passed ger for heating, cooling or tempering, and the finished central hole diameter of the roller bodies, taking into account their egg ¬ gengewichtes G and its mean modulus of elasticity E are determined such that there are essentially equal amounts for the deflection f, for example by satisfying the following equation:
Bohrungsdurchmesser = (D4 - Zp x Dp 2 x (Dp 2 + 2 x Tp 2) - G x KG / (f x E)) Bore diameter = (D 4 - Z p x D p 2 x (D p 2 + 2 x T p 2 ) - G x K G / (fx E)) y «
Dabei sind zusätzlich zum Anspruch 1 :In addition to claim 1:
Zp = Zahl der peripheren BohrungenZ p = number of peripheral holes
Dp = Durchmesser (m) der peripheren Bohrungen Tp = Teilkreis (m) der peripheren Bohrungen D p = diameter (m) of the peripheral holes T p = pitch circle (m) of the peripheral holes
3. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 und 2,3. roller group according to claims 1 and 2,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
darin vorhandene, mit elastischen Bezügen versehene Walzen solche Bezüge mit einer Stärke zwischen 10 und 30 mm aufweisen. existing rollers provided with elastic covers have such covers with a thickness between 10 and 30 mm.
4. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 3,4. roller group according to claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die Gewichte G der Walzenkörper ohne Zapfen, die nicht Referenzwalzen sind im wesentlichen im Bereich der Bahnlänge L der folgenden Gleichung genügen:the weights G of the roller bodies without pins which are not reference rollers essentially satisfy the following equation in the region of the web length L:
G Gref x E χ J x f / ( Eref χ Jref x fref )GG ref x E χ J xf / (E ref χ J ref xf ref )
Dabei sind:Here are:
Gref - Gewicht des Referenzwalzenkörpers (N)G ref - weight of the reference roller body (N)
(ohne Zapfen) im Bereich der Bahnlänge L Eref = Elastizitätsmodul des Referenzwalzenkörpers(without spigot) in the area of the web length LE ref = modulus of elasticity of the reference roller body
(N/m2) ef = Trägheitsmoment des Querschnitts des(N / m 2 ) ef = moment of inertia of the cross section of the
Referenzwalzenkörpers (m4) fref = Durchbiegung der Referenzwalze (m) E = Elastizitätsmodul (N/m2)Reference roll body (m 4 ) fref = deflection of the reference roll (m) E = modulus of elasticity (N / m 2 )
J = Trägheitsmoment des Walzenquerschnitts (m4) angestrebte Durchbiegung (m)J = moment of inertia of the roll cross-section (m 4 ) desired deflection (m)
5. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4,5. roller group according to claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
der Körper der Referenzwalze aus einem anderen Werkstoff als Hartguß oder Schalenhartguß hergestellt ist.the body of the reference roller is made of a material other than chilled cast or chilled cast.
6. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4,6. roller group according to claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
für die Walzenkörper, die nicht Referenzwalzen sind, andere Werkstoffe , z.B. ge¬ schmiedeter Stahl, verwendet werden. other materials, for example ge ¬ forged steel, can be used for the roller bodies which are not reference rollers .
7. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4,7. roller group according to claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
von den dort getroffenen Festlegungen soweit abgewichen wird, daß die Verhältnis¬ se der Durchbiegungen von Hartgußwalzen : Polymerwalzen im neuwertigen Zu¬ stand bei niedrigen Betriebstemperaturen mit den Verhältnissen von Polymerwalzen : Hartgußwalzen im Zustand maximalen zulässigen Verschleißes bei hohen Betriebstemperaturen der Hartgußwalzen im wesentlichen gleich sind.in so far as departing from the made there determinations that the ratio ¬ se of the deflection of chilled rollers: polymer rollers in the mint To ¬ stand at low operating temperatures the ratios of polymer rollers: chilled rolls are substantially equal in the state of maximum acceptable wear at high operating temperatures of the chilled rolls.
8. Walzengruppe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,8. roller group according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
alle oder einzelne Walzen mit einem Verdrängerkörper in der Zentralbohrung versehen sind, zwischen dem und der Innenseite der Bohrung des Walzenkörpers ein Wärmeträger fließt.all or individual rollers are provided with a displacer in the central bore, between which and the inside of the bore of the roller body flows a heat transfer medium.
9. Walzengruppe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,9. roller group according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die Außen-Durchmesser der Walzen untereinander im wesentlichen gleich sind.the outer diameters of the rollers are essentially the same.
10. Walzengruppe nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,10. roller group according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
das Gewicht mindestens einer Walze durch zusätzliche axiale Bohrungen, die bevorzugt nahe bei der neutralen Faser der Walzenwand angeordnet sind, reduziert ist. the weight of at least one roller is reduced by additional axial bores, which are preferably arranged close to the neutral fiber of the roller wall.
11. Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 10,11. roller group according to claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die zentrale Bohrung und/oder die zusätzlichen axialen Bohrungen mit einem Bal¬ laststoff, z.B. Wasser oder einem körnigen Medium, ganz oder teilweise befüllt sind.the central bore and / or the additional axial drillings with a Bal ¬ load material, eg water or a granular medium, are filled completely or partially.
12. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4,12. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
unter Verwendung der Kennwerte der nach den maschinenbaulichen Vorgaben und der Berücksichtigung der in Anspruch 1 aufgeführten Bedingungen entwickelten Referenzwalze der Körperdurchmesser der mit einem Polymerbezug zu versehen¬ den Walzenkerne im wesentlichen nach der Gleichungusing the characteristic values of the reference roller developed according to the mechanical engineering specifications and taking into account the conditions set out in claim 1, the body diameter of the roller cores to be provided with a polymer cover ¬ essentially according to the equation
D = Drel - 2 x (dp - ap)D = D rel - 2 x (dp - ap)
mit: Drei = relativer Durchmesser (m) dp = Dicke des neuen Polymerbezuges (m) ap = max. mögliche Abnutzung des Polymerbezuges (m) with: D rei = relative diameter (m) dp = thickness of the new polymer cover (m) ap = max. possible wear of the polymer cover (m)
bestimmt wird, wobei der relative Durchmesser bei Walzenkörpern aus Gußeisen mit Kugelgraphit dem in der Reihe der Standarddurchmesser ungefähr nächstniedrigen (ca. -0,05 m), bei Walzengrundkörpern aus Grauguß mit lamellarem Graphit dem in der Reihe der Standard-Durchmesser ungefähr den nächsthöheren (ca. + 0,05 m) und bei Walzen aus Grauguß mit vermikularem Graphit ungefähr demjenigen der Referenzwalze, bzw. für beliebige Werkstoffe im wesentlichen der folgenden Glei¬ chung entspricht:is determined, whereby the relative diameter for roller bodies made of spheroidal graphite cast iron is approximately the next lower in the series of standard diameters (approx. -0.05 m), for roller base bodies made of gray cast iron with lamellar graphite that roughly the next higher in the series of standard diameters ( about about + 0.05 m) and cast iron with vermicular graphite rolls from that of the reference roll, or equivalent for any of the following materials substantially sliding ¬ chung:
D = (16 X G X KG / (15 x E x f ref))1 4 D = (16 XGXK G / (15 x E xf ref )) 1 4
Dabei sind:Here are:
G = Gewichtskraft (N) des Walzenkörper im Bereich der Bahnlänge L E = Elastizitätsmodul des Walzenkörpers (N/m2) z.B. 180.000 für Grauguß mit kugelförmigem Graphit fref = Durchbiegung (m) der ReferenzwalzeG = weight (N) of the roller body in the area of the web length LE = modulus of elasticity of the roller body (N / m 2 ), for example 180,000 for gray cast iron with spherical graphite f ref = deflection (m) of the reference roller
KG = Gruppenkonstante (m3) nach der folgenden Gleichung:KG = group constant (m 3 ) according to the following equation:
KQ = (5/(6*π)) x L3 x ( 1 + 2,4 x (LM-L) / L + 2 x (Dref / L)2 )KQ = (5 / (6 * π)) x L 3 x (1 + 2.4 x (LM-L) / L + 2 x (D ref / L) 2 )
Dabei sind:Here are:
π = Kreiskonstante (3,14159...)π = circle constant (3.14159 ...)
L = Bahnlänge der Walzengruppe (m)L = web length of the roller group (m)
LM = Lagermittenabstand der Walzengruppe (m)LM = bearing center distance of the roller group (m)
Dref = Durchmesser der Referenzwalze (m)D ref = diameter of the reference roller (m)
13. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4 und 12,13. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4 and 12,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die Bestimmung des maximal zulässigen Bohrungsdurchmessers der Zentralbohrung der Walzenkörper auch unter Berücksichtigung der nach den Betriebsvorgaben höchstzulässigen Ovalisierung des Walzenkörpers erfolgt.the maximum permissible bore diameter of the central bore of the roller body is also determined taking into account the maximum permissible ovalization of the roller body according to the operating specifications.
14. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Anspruch 1 bis 4 und 12,14. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4 and 12,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
zur Einstellung der Biegegleichheit der Walzen aus Hartguß oder Schalenhartguß das resultierende Trägheitsmoment des Walzenquerschnitts durch Reduzierung des Außen-Durchmessers innerhalb der üblichen Fertigungstoleranz von +/- 1% verän¬ dert wird.for adjusting the bending equality of the rollers from chilled cast iron or chilled cast the resulting moment of inertia of roller cross-section by reducing the outer diameter within the usual manufacturing tolerance of +/- 1% ¬ changed is changed.
15. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4 und 12,15. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4 and 12,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die weitgehende Biegegleichheit der Walzen in der Walzengruppe dadurch herge¬ stellt wird, daß zunächst der tatsächliche mittlere Elastizitätsmodul der Walzenkörper im Verlauf von deren Fertigung festgestellt wird, indem die Biegung, die sich aus dem Eigengewicht oder beim Aufbringen mindestens einer externen Kraft ergibt, gemessen oder die Eigenfrequenz bestimmt wird und sodann der fertige Außen- Durchmesser des Walzenkörpers im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen von +/- 1% und der fertige Innen-Durchmesser der Bohrung des Walzenkörpers ent¬ sprechend der jeweiligen örtlichen Elastizitätsmoduli festgelegt und erzeugt werden.is the substantial equality of the bending rolls in the roll group characterized Herge ¬ provides that firstly the actual mean modulus of elasticity of the roller body is determined in the course of their manufacture by measuring the bend resulting from the dead weight or when applying at least one external force or determining the natural frequency and then the finished outer diameter of the roller body within the usual manufacturing tolerances of +/- 1 % and the finished inner diameter of the bore of the roller body are determined and generated in accordance with the respective local elastic moduli.
16. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4 und 12,16. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4 and 12,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
bei der Bestimmung der Durchbiegung im späteren Betrieb die in die peripheren Bohrungen oder in die Zentralbohrungen eingeleiteten Wärmeträgermenge be¬ stimmt, geregelt und gesondert berücksichtigt wird.when determining the deflection in subsequent operation the BE in the peripheral bores or holes in the central introduced amount of heat transfer ¬ true, is controlled separately and taken into account.
17. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Anspruch 6,17. A method for producing a roller group according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die teilweise oder vollständige Befüllung der Walzen mit dem Ballaststoffes nach der Fertigstellung vorgenommen und verändert wird.the partial or complete filling of the rollers with the fiber is carried out and changed after completion.
18. Verfahren zur Herstellung einer Walzengruppe nach Ansprüchen 1 bis 4 und 12,18. A method for producing a roller group according to claims 1 to 4 and 12,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
zur Vermeidung von unerwünschten Schwingungen der Walzen die einzelnen Wal¬ zengruppen der Walzen so dimensioniert werden, daß sie nicht in der Nähe der halbkritischen Drehzahl betrieben werden müssen. in order to avoid undesirable vibrations of the rollers the individual Wal ¬ Zen groups of the rollers are dimensioned so that they need not be operated in the vicinity of the semi-critical speed.
EP99939959A 1998-06-29 1999-06-28 Roller group Expired - Lifetime EP1100993B1 (en)

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