EP1596001B1

EP1596001B1 - Breitnip-Kalander

Info

Publication number: EP1596001B1
Application number: EP20050100889
Authority: EP
Inventors: Josef Schneid; Thomas Wöhner
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: DE502005004775D1; EP1596001A1; DE102004023124A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitnip-Kalander mit einer Schuhwalze, einer Gegenwalze und einem zwischen der Schuhwalze und der Gegenwalze ausgebildeten Breitnip, wobei die Schuhwalze einen umlaufenden Mantel aufweist, der durch eine Anpreßschuhanordnung in Richtung auf die Gegenwalze belastbar ist, und wobei die Anpreßschun anordnung mindestens eine mit einer Druckeinstelleinrichtung verbundene Druckkammer aufweist. Ein derartiger Kalander ist z.B. aus der EP-A-1 369 526 bekannt.
Ein Breitnip, der auch als "extended" Nip bezeichnet wird, hat gegenüber einem "normalen" Nip, der zwischen zwei Walzen gebildet ist, eine größere Arbeitslänge. Dies führt dazu, daß eine Materialbahn, die in dem Breitnip satiniert wird, bei gleicher Geschwindigkeit eine längere Bearbeitungszeit erhält. Bei gleichen Streckenlasten wird hingegen die auf die Bahn wirkende Druckspannung vermindert. Dies führt zu einer Satinage mit in der Regel verbesserten Oberflächeneigenschaften aufgrund der vergrößerten Behandlungszeit und geringerer Verdichtung aufgrund der verringerten Druckspannungen.
Der Mantel der Schuhwalze wird üblicherweise durch einen Anpreßschuh gegen die Gegenwalze gedrückt. Der Anpreßschuh ist aus einem starren Metallblock gebildet, der eine Anpreßfläche aufweist, die an die Gegenwalze angepaßt ist. Wenn man den Radius der Gegenwalze, die Dicke der zu satinierenden Materialbahn und die Dicke des Mantels kennt, dann kann man die Kontur der Anpreßfläche berechnen und sie dann einschleifen. Die Anpreßfläche ist dann im Rahmen der Toleranzen mehr oder weniger gut an die Gegenwalze angepaßt.
Das Einschleifen der Anpreßfläche ist ein relativ aufwendiger Vorgang. Wenn sich die Dicke der Materialbahn ändert oder beispielsweise ein neuer Mantel der Schuhwalze verwendet wird, der noch nicht verschlissen ist und dementsprechend eine etwas größere Dicke als ein alter Mantel aufweist, dann ist im Prinzip eine Änderung der Kontur der Anpreßfläche erforderlich, die aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht erfolgt. Das Satinageergebnis ist dementsprechend nicht optimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Satinage zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Breitnip-Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Druckkammer zumindest auf ihrer mit dem Mantel zusammenwirkenden Seite durch eine flexible Membran begrenzt ist, wobei in der Membran mindestens eine Schmiermittelaustrittsöffnung vorgesehen ist, die mit einer zusätzlich zur Druckeinstelleinrichtung vorgesehenen Schmiermittelversorgungseinrichtung verbunden ist.
Mit dieser Ausgestaltung erreicht man eine automatische Anpassung der Druckbeaufschlagung an die Kontur der Gegenwalze unabhängig davon, welche Dickenschwankungen die einlaufende Materialbahn hat, und unabhängig davon, mit welchen Toleranzen der Mantel versehen ist. Die Membran kann hier durch einen Kunststoff gebildet sein. Es ist aber auch möglich, eine Metallmembran zu verwenden. Der in der Druckkammer herrschende Druck, der insbesondere durch eine Druckflüssigkeit hervorgerufen wird, wirkt überall in gleicher Weise auf die Membran, erzeugt also über die gesamte Fläche der Membran eine gleichmäßige Anpreßkraft. Dementsprechend kann die Membran der Kontur der Gegenwalze ohne größere Schwierigkeiten folgen. Die Berührungsfläche zwischen der Außenseite der Membran und dem Mantel wird durch ein Schmiermittel geschmiert, das von der Schmiermittelversorgungseinrichtung her zugeführt wird. Dadurch, daß man die Schmiermittelversorgungseinrichtung zusätzlich zur Druckeinstelleinrichtung vorsieht, kann man den Druck in der Druckkammer in weiten Grenzen unabhängig von dem Druck einstellen, der zur Schmierung der Berührungsfläche zwischen Mantel und Membran erforderlich ist. Der Breitnip-Kalander ist also in relativ weiten Grenzen sehr flexibel einsetzbar. Gleichwohl ist die Schmierung in allen Betriebszuständen sichergestellt, so daß der Verschleiß des Mantels und der Membran klein gehalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Druckeinstelleinrichtung und die Schmiermittelversorgungseinrichtung voneinander getrennt sind. Damit wird eine vollständige Entkopplung der Druckeinstellung von der Schmiermittelversorgung gewährleistet. Man kann den Druck in der Druckkammer unabhängig von der Zufuhr des Schmiermittels einstellen. Der mögliche Arbeitsbereich des Breitnip-Kalanders wird damit erweitert. Die Schmierung kann beispielsweise hydrostatisch oder hydrodynamisch erfolgen, wobei hydrostatisch bevorzugt wird.
Bevorzugterweise ist zwischen der Schmiermittelversorgungseinrichtung und der Schmiermittelaustrittsöffnung eine flexible Leitung angeordnet. Da sich die Membran im Betrieb verformt, wenn sie an die Kontur der Gegenwalze angepaßt wird, ist eine flexible Leitung außerordentlich vorteilhaft. Über die flexible Leitung läßt sich das Schmiermittel auch der veränderten Form der Membran nachführen.
Vorzugsweise ist die Leitung zumindest teilweise innerhalb der Membran angeordnet. Man verwendet also die Membran selbst als Führung für das Schmiermittel. Dies bedingt lediglich eine spezielle Ausformung der Membran.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Leitung einen Innenraum aufweist, der durch die Membran begrenzt ist. Man kann also bei der Herstellung der Membran bereits Kanäle oder Ausnehmungen einführen, die dann später die Leitung bilden.
Vorzugsweise ist die Schmiermittelaustrittsöffnung durch die Mündung einer Ausnehmung gebildet, die sich bis in das Innere der Leitung erstreckt. Man erzeugt also bei der Herstellung der Membran zunächst einmal die Kanäle, die später die Leitung bilden, und stellt zusätzlich die Schmiermittelaustrittsöffnung dadurch her, daß man eine Verbindung zwischen dem Kanal und der Oberfläche der Membran bildet. Die Schmiermittelaustrittsöffnung kann dann beispielsweise durch Bohren hergestellt werden, bei der ein Bohrer von der äußeren Oberfläche der Membran bis in die Leitung abgesenkt wird. Wenn die Membran aus Kunststoff gegossen wird, dann kann man beim Gießvorgang bereits die entsprechenden Öffnungen vorsehen.
Bevorzugterweise weist die Membran im Bereich der Leitung eine Verdickung auf. Wenn die Membran selbst dick genug ist, dann kann man die Leitung problemlos innerhalb der Membran unterbringen. Wenn die Membran jedoch nur relativ dünn ist, dann wird das Unterbringen der Leitung schwierig. In diesem Fall kann man auf der Innenseite der Membran, also in der Druckkammer, eine Verdickung vorsehen, die dann zur Aufnahme der Leitung dient.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Verdickung einstückig mit der Membran ausgebildet ist. Dies empfiehlt sich vor allem dann, wenn die Membran aus einem Kunststoff gebildet ist. Die Verdickung bildet dann eine Art "Wulst", der in die Druckkammer hineinragt.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Verdickung durch einen Ansatzkörper gebildet ist. Diese Ausbildung empfiehlt sich vor allem dann, wenn die Membran durch ein Metall gebildet ist. In diesem Fall kann der Ansatzkörper, beispielsweise ein Rohr oder eine Halbschale, an die Membran angeschweißt werden. Auch in diesem Fall wird dann die Schmiermittelaustrittsöffnung durch Bohren hergestellt. Selbstverständlich sind auch bei einer metallischen Membran eine einstückige Ausbildung und bei einer Kunststoffmembran ein Ansatzkörper verwendbar.
Bevorzugterweise ist die Leitung mit einem flexiblen Schlauch verbunden. Der flexible Schlauch kann dann den Bewegungen der Membran auch in einem größeren Umfang folgen.
Vorzugsweise ist der flexible Schlauch durch die Druckkammer hindurchgeführt. Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung, um die Versorgung der Schmiermittelaustrittsöffnung sicherzustellen. Der flexible Schlauch stört außen nicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Schmiermittelaustrittsöffnungen vorgesehen, die einzeln oder gruppenweise mit der Schmiermittelversorgungseinrichtung verbunden sind. In diesem Fall können die Schmiermittelaustrittsöffnungen einzeln oder gruppenweise angesteuert werden. Beispielsweise kann man in Maschinenrichtung Schmiermittelaustrittsöffnungen in den Bereichen, in denen die Membran in bestimmten Betriebszuständen nicht mit dem Mantel zusammenwirkt, von der Versorgung ausschließen. In diesem Fall geht einerseits weniger Schmiermittel verloren. Andererseits ist es einfacher, den zur Zufuhr des Schmiermittels erforderlichen Druck von der Schmiermittelversorgungseinrichtung bereitstellen zu lassen.
Vorzugsweise ist die Schmiermittelaustrittsöffnung mit mindestens einer Tasche an der mit dem Mantel zusammenwirkenden Außenseite verbunden. Diese Tasche (die Tasche kann auch eine längliche Form haben und bildet dann eine Art Kanal) kann das Schmiermittelpolster in eine bestimmte Form bringen oder das Schmiermittel an Positionen leiten, die nicht direkt mit der Schmiermittelaustrittsöffnung verbunden sind. Dadurch wird auf einfache Weise sichergestellt, daß die Berührungsfläche zwischen der Membran und dem Mantel so geschmiert wird, wie das zur Vermeidung von Verschleiß erforderlich ist.
Bevorzugterweise bildet die Membran mit der Druckeinstelleinrichtung eine die Arbeitslänge des Breitnips verändernde Längeneinstelleinrichtung. Gegebenenfalls kann auch noch vorgesehen sein, daß ein den Druckraum tragender Träger mehr oder weniger an die Gegenwalze angenähert wird. Auf diese Weise ist es mit geringem Aufwand möglich, die Membran so zu beaufschlagen, daß sie die Gegenwalze über einen kleineren oder einen größeren Winkel umschlingt und so die Arbeitslänge des Breitnips verändert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Breitnip-Kalander,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Anpreßschuhs mit Membran,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Anpreßschuhs mit Membran und
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Anpreßschuhs mit Membran.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Breitnip-Kalander 1, der eine Schuhwalze 2 mit einem umlaufenden Mantel 3 und eine Gegenwalze 4 aufweist. Wenn der Mantel 3 an der Gegenwalze 4 anliegt, dann entsteht ein Breitnip 5. Im Betrieb sollte allerdings der Mantel 3 nicht direkt an der Gegenwalze 4 anliegen, sondern unter Zwischenlage einer zu satinierenden Materialbahn, beispielsweise einer Bahn aus Papier oder Karton, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Um den Mantel 3 an die Gegenwalze 4 anzudrücken, ist eine Anpreßschuhanordnung 6 vorgesehen, die einen Anpreßschuh 7 aufweist, der auf einem den Mantel 3 durchsetzenden Träger 8 angeordnet ist. Der Träger 8 ist ortsfest.
Zwischen dem Träger 8 und dem Anpreßschuh 7 ist eine Hubeinrichtung 9 angeordnet, die über eine Steuereinrichtung 10 betätigt wird. Die Hubeinrichtung 9 kann beispielsweise als Kolben-Zylinder-Einrichtung ausgebildet sein.
Ein Positionssensor 11 ermittelt die Position des Anpreßschuhs 7 in Bezug auf den Träger 8. Die Position der Gegenwalze 4 zum Träger 8 läßt sich auf andere Weise ermitteln. Beispielsweise durch außerhalb der Schuhwalze 2 angeordnete Sensoren läßt sich die Position des Anpreßschuhs 7 relativ zur Gegenwalze 4 mit Hilfe des Positionssensors 11 bestimmen. Der Positionssensor 11 kann natürlich auch an einer anderen Stelle angeordnet sein.
Mit Hilfe einer Eingabeeinrichtung 12 läßt sich nun eine Arbeitslänge des Breitnips 5 vorgeben. Diese Position wird in der Steuereinrichtung 10 in Steuersignale umgerechnet, mit denen die Hubeinrichtung 9 betätigt werden kann, um den Anpreßschuh 7 anzuheben, so daß die gewünschte Arbeitslänge des Breitnips 5 erreicht wird.
Der Anpreßschuh 7 weist einen Druckraum 13 auf, der auf der der Gegenwalze 4 zugewandten Seite von einer elastischen und flexiblen Membran 14 begrenzt ist. Die Membran 14 bildet auch noch einen Teil von Seitenwänden 15. Der Anpreßschuh 7 weist einen Rahmen 16 auf, der als durchgehende Platte ausgebildet ist und einen Anschluß 17 zur Zufuhr eines Druckfluids aufweist. An den Rahmen 16 schließen sich Seitenwände 18 an, an denen die Membran 14 befestigt ist.
Im Druckraum 13 ist ein Drucksensor 19 angeordnet, der ebenfalls mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist.
Im "Leerlauf", der in Fig. 1 dargestellt ist, liegt der Mantel 3 der Schuhwalze 2 mit seiner Eigenspannung unter Zwischenlage einer nicht näher dargestellten Materialbahn an der Gegenwalze 4 an. Der Anpreßschuh 7 ist noch nicht aktiv. Wenn nun der Druckraum 13 über den Anschluß 17 mit Druckflüssigkeit gefüllt und unter Druck gesetzt wird, dann wölbt sich die Membran 14, wie dargestellt, zunächst in Richtung auf die Gegenwalze 4 aus.
Wenn nun über die Eingabeeinrichtung 12 eine vorbestimmte Arbeitslänge des Breitnips 5 eingestellt wird, dann wird der Anpreßschuh 7 in Richtung auf die Gegenwalze 4 hochgefahren (die Richtungsangabe bezieht sich auf die Darstellung der Zeichnung). Dabei taucht die Gegenwalze 4 (unter Zwischenlage der Materialbahn und des Mantels 3) in die Membran 14 ein. Je nach Hubhöhe ergibt sich eine unterschiedliche Arbeitslänge. Wird die Hubhöhe vergrößert, ergibt sich eine größere Arbeitslänge.
Zusätzlich kann man nun den Druck im Druckraum 13 steuern, um die Arbeitslänge und den Arbeitsdruck im Breitnip 5 noch zu beeinflussen. Die Steuereinrichtung 10 wird in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Druckspannung im Breitnip 5 den Druck im Druckraum 13 und die Hubhöhe so wählen, daß die gewünschte Arbeitslänge zustande kommt.
Die Membran 14 kann durch einen Kunststoff oder durch ein Metall gebildet sein. Sie muß lediglich flexibel genug sein, um sich an die Kontur der Gegenwalze 4 anpassen zu können, wenn die Hubeinrichtung 9 den Anpreßschuh 7 anhebt.
Wenn die Membran 14 mit ihrer Außenseite an der Innenseite des Mantels 3 anliegt, dann entsteht eine erhebliche Reibung. Um diese Reibung zu vermindern und damit den Verschleiß des Mantels 3 und der Membran 14 klein zu halten, ist eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 20 vorgesehen, die über eine in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Leitung 21 ein Schmiermittel zu einer ebenfalls nur schematisch dargestellten Schmiermittelaustrittsöffnung 22 dem Berührungsbereich zwischen Membran 14 und Mantel 3 zuführt. Die Schmiermittelversorgungseinrichtung 20 ist hierbei unabhängig von der nicht näher dargestellten Druckeinstelleinrichtung, die über den Anschluß 17 den Druck im Druckraum 13 beeinflußt, d.h. die Schmierung der Berührungsfläche zwischen der Membran 14 und dem Mantel 3 kann weitgehend unabhängig von dem im Druckraum 13 eingestellten Druck vorgenommen werden.
Fig. 2 zeigt eine erste Möglichkeit, wie man die Membran 14 ausgestalten kann, um das Schmiermittel der Außenseite 23 der Membran zuzuführen. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Leitung 21 ist mit Kanälen 24 verbunden, die parallel zur Achse der Gegenwalze 4 im Innern der Membran 14 angeordnet sind. Jeder Kanal 24 steht über mehrere Schmiermittelaustrittsöffnungen 22 (in Fig. 2 pro Kanal 24 nur eine erkennbar) mit der Außenseite 23 in Verbindung. Die Schmiermittelaustrittsöffnungen 22 sind durch Bohrungen gebildet, die von der Außenseite 23 der Membran 14 her bis in den Kanal 14 eingebracht worden sind.
Die Kanäle 24 können von der Schmiermittelversorgungseinrichtung 20 einzeln versorgt werden, d.h. man muß nicht durch alle Kanäle 24 ein Schmiermittel treten lassen. Wenn beispielsweise die Membran 14 nur über einen geringeren Umfangswinkel an der Innenseite des Mantels 3 anliegt, dann kann es beispielsweise ausreichen, nur die mittleren drei oder fünf Kanäle 24 mit Schmiermittel zu versorgen.
Die Kanäle 24 können beim Gießen der Membran 14 hergestellt werden, wenn die Membran als Kunststoffelement ausgebildet ist. Beim Gießen können natürlich auch die Schmiermittelaustrittsöffnungen 22 hergestellt werden.
Wenn die Membran 14 selbst nicht dick genug ist, um die Kanäle 24 aufzunehmen, dann kann man die Membran 14 mit Wülsten 25 auf ihrer Innenseite 26 versehen, wobei sich die Wülste 25 ebenfalls parallel zur Achse der Gegenwalze 4 erstrecken. Die Wülste 25 haben also praktisch keinen Einfluß auf die Fähigkeit der Membran 14, sich der Kontur der Gegenwalze 4 anzupassen. Die Wülste 25 können, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, einstückig mit der Membran 14 ausgebildet sein. Dies empfiehlt sich vor allem dann, wenn die Membran 14 als Kunststoffteil ausgebildet ist. Wenn die Membran 14 aus einem Metall gebildet ist, dann kann es zweckmäßig sein, die Wülste 25 an die Innenseite der Membran 26 anzusetzen, beispielsweise in Form einer Halbschale oder eines Rohres, wobei derartige Ansatzteile dann mit der Membran 14 verschweißt werden können.
Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit, bei der die Membran 14 über eine Leitung 21, die flexibel ausgebildet ist, mit einem Zuflußrohr 27 verbunden ist, das wiederum mit der Schmiermittelversorgungseinrichtung 20 (nicht dargestellt) verbunden ist. Die flexible Leitung 21 ist durch den Druckraum 13 hindurchgeführt. In der Umgebung der Schmiermittelaustrittsöffnung 22 ist eine Tasche 28 vorgesehen, die das austretende Schmiermittel auf einen etwas größeren Bereich verteilt. Derartige Taschen oder Oberflächenkanäle oder Nuten können auch bei den Ausgestaltungen nach den Fig. 2 und 3 vorgesehen sein.

Claims

Breitnip-Kalander mit einer Schuhwalze, einer Gegenwalze und einem zwischen der Schuhwalze und der Gegenwalze ausgebildeten Breitnip, wobei die Schuhwalze einen umlaufenden Mantel aufweist, der durch eine Anpreßschuhanordnung in Richtung auf die Gegenwalze belastbar ist, wobei die Anpreßschuhanordnung (6) mindestens eine mit einer Druckeinstelleinrichtung verbundene Druckkammer (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer zumindest auf ihrer mit dem Mantel (3) zusammenwirkenden Seite durch eine flexible Membran (14) begrenzt ist, wobei in der Membran (14) mindestens eine Schmiermittelaustrittsöffnung (22) vorgesehen ist, die mit einer zusätzlich zur Druckeinstelleinrichtung vorgesehenen Schmiermittelversorgungseinrichtung (20) verbunden ist.
Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinstelleinrichtung und die Schmiermittelversorgungseinrichtung (20) voneinander getrennt sind.
Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schmiermittelversorgungseinrichtung (20) und der Schmiermittelaustrittsöffnung (22) eine flexible Leitung (21, 24) angeordnet ist.
Kalander nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (24) zumindest teilweise innerhalb der Membran (14) angeordnet ist.
Kalander nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (24) einen Innenraum aufweist, der durch die Membran (14) begrenzt ist.
Kalander nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelaustrittsöffnung (22) durch die Mündung einer Ausnehmung (29) gebildet ist, die sich bis in das Innere der Leitung (24) erstreckt.
Kalander nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) im Bereich der Leitung (24) eine Verdickung (25) aufweist.
Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (25) einstückig mit der Membran (14) ausgebildet ist.
Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (25) durch einen Ansatzkörper gebildet ist.
Kalander nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (24) mit einem flexiblen Schlauch (21) verbunden ist.
Kalander nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Schlauch (21) durch die Druckkammer (13) hindurchgeführt ist.
Kalander nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schmiermittelaustrittsöffnungen (22) vorgesehen sind, die einzeln oder gruppenweise mit der Schmiermittelversorgungseinrichtung (20) verbunden sind.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelaustrittsöffnung (22) mit mindestens einer Tasche (28) an der mit dem Mantel (3) zusammenwirkenden Außenseite (23) verbunden ist.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) mit der Druckeinstelleinrichtung eine die Arbeitslänge des Breitnips (5) verändernde Längeneinstelleinrichtung bildet.