EP4581206A1 - Walze und pressvorrichtung - Google Patents

Walze und pressvorrichtung

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Publication number
EP4581206A1
EP4581206A1 EP23750609.2A EP23750609A EP4581206A1 EP 4581206 A1 EP4581206 A1 EP 4581206A1 EP 23750609 A EP23750609 A EP 23750609A EP 4581206 A1 EP4581206 A1 EP 4581206A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
jacket
drive flange
support elements
pressing device
Prior art date
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Granted
Application number
EP23750609.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4581206B1 (de
Inventor
Heiko Linder
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.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent 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
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4581206A1 publication Critical patent/EP4581206A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4581206B1 publication Critical patent/EP4581206B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0206—Controlled deflection rolls
    • D21G1/0213—Controlled deflection rolls with deflection compensation means acting between the roller shell and its supporting member
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/0209—Wet presses with extended press nip
    • D21F3/0218—Shoe presses
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/18—Drying webs by hot air
    • D21F5/181—Drying webs by hot air on Yankee cylinder

Definitions

  • the invention relates to a roller for treating a material web according to the preamble of claim 1 and a pressing device for a material web according to the preamble of claim 13.
  • treatment nips When producing material webs, such as textile webs, plastic films, metal webs and in particular fibrous webs such as paper webs, the material web is often guided through so-called treatment nips in order, for example, to smooth, dewater or compress the webs.
  • treatment nips are usually formed from a roller and a counter element - often a counter roller.
  • a bending compensation roll includes a rotatable roll shell and internal hydraulic support elements in order to exert pressure on the roll shell from the inside and thereby influence the roll profile and, as a consequence, the nip profile.
  • Such bending compensation rolls are known in a variety of designs, materials and for various applications, and are described, for example, in the documents EP1760194 B1 or EP 0 720 698.
  • MG machine glazed
  • the paper web is guided over a large, steam-heated glazing cylinder, a so-called MG or Yankee cylinder
  • the systems generally include a treatment nip, which is formed by the Yankee cylinder and a bending compensation roll.
  • a corresponding machine is described in the applicant's document EP 3 974 576.
  • the use on the MG cylinder is particularly critical as it deforms very differently depending on the steam temperature.
  • steel cylinders are used, which are hard-coated to prevent corrosion. Therefore, re-grinding the contour of the MG cylinder is very difficult or not possible at all.
  • the compensation of the deformations and thus the leveling of the treatment nip must therefore only be done via the bending compensation roller.
  • classic bending compensation rolls with a metallic jacket cannot compensate for deformations in this wide range.
  • EP 3 974 576 suggests using bending adjustment rollers with a plastic jacket.
  • a plastic jacket is more flexible than a steel or cast jacket and can therefore adapt better to the changing contour of the MG cylinder.
  • the object of the invention is to further develop the prior art so that the rollers can be operated in a stable manner over the long term.
  • roller for treating a material web, with a rotatable jacket, the roller having a plurality of has hydrostatic support elements which can exert a force on the inner circumference of the jacket, the support elements being supported on a non-rotating axis passing through the jacket.
  • a drive flange is provided on at least one, in particular both end faces of the roller in order to transmit drive power to the jacket.
  • the jacket is made of plastic material, while the drive flange or flanges are made of a metallic material, in particular steel.
  • connection of the jacket to the drive flange is realized entirely or partially via an adhesive connection.
  • Such a roller is a bending adjustment roller.
  • roller shells are usually screwed to the drive flange. This is also possible without any problems with the classic bending adjustment rollers made of steel or cast iron. However, the performance of a hydraulically supported bending compensation roll is very high, especially at high speeds. This would result in a screw connection between the metal drive flanges and the plastic casing causing the casing to become damaged over time.
  • an adhesive connection is therefore provided to connect the casing to the drive flange.
  • the adhesive connection makes it possible to connect the drive flange to the casing over the entire area, instead of only at specific points at the screw points, as is the case with screw connections. This results in a more even load on the jacket during power transmission, which means that damage to the jacket can be completely or largely avoided.
  • the adhesive surface of the adhesive connection is relatively large and evenly distributed over the circumference of the jacket or the drive flange. It is particularly advantageous if the adhesive surface extends around the entire circumference. This can be realized in the form of a closed ring or in the form of one or more spirals.
  • the adhesive surface extends over at least 30mm, in particular at least 40mm, in the longitudinal direction of the roller.
  • the drive flange can have a receptacle, for example a slot-shaped receptacle, into which the jacket is inserted.
  • the adhesive surface or surfaces can then be located inside this receptacle.
  • further connecting means such as connecting pins or securing pins, are provided which mechanically connect the jacket to the flange.
  • connecting pins or securing pins are provided which mechanically connect the jacket to the flange.
  • This can be advantageous, for example, to fix the jacket in the correct place while the adhesive is drying, or if this is required by law as a safety measure, for example.
  • such pins do not lead to the damage to the jacket known from screw connections, since the power continues to be transmitted entirely or predominantly via the adhesive connection.
  • the number of locking pins will be small, no more than 4, 8 or 12.
  • Suitable materials for the connecting means are, for example, metals, plastics or combinations thereof.
  • Epoxy resin adhesives have proven to be very suitable as adhesives, such as those sold under the product name Araldite ®.
  • the optimal selection of the adhesive depends on factors such as the specific material combination of the jacket/flange, the operating conditions, etc.
  • the drive flanges can be connected in a suitable manner to a drive, for example an electric motor.
  • the modulus of elasticity of the jacket in the circumferential direction of the roller is larger, preferably twice as high, in particular at least five times as high, than in the longitudinal direction of the roller.
  • the elastic modulus of the jacket in the longitudinal direction is a maximum of 50 GPa, preferably a maximum of 20 GPa.
  • the modulus of elasticity of the jacket in the longitudinal direction is at least 5 GPa, preferably at least 10 GPa.
  • the modulus of elasticity of the jacket in the longitudinal direction is in the range between 10 GPa and 20 GPa.
  • a pressing device for a material web in particular a paper web
  • the pressing device having a treatment nip which is formed by a roller and a counter roller. It is provided that the roller is designed according to one aspect of the invention.
  • Figure 1 shows a section of a roller 1 with a jacket 2, which is designed to be rotatable about an axis 4 passing through the jacket 2.
  • the axis 4 itself cannot be rotated.
  • the rotation of the jacket 2 can occur via known bearings 11, for example ball bearings 11 or rolling bearings.
  • a plurality of hydraulic support elements 3 are supported on the fixed axis 4. These can exert a force on the inner circumference of the jacket. This exertion of force leads to a deformation of the jacket 2, which means that the roller profile can be adjusted in a targeted manner.
  • the support elements 3 are here expediently arranged along a row, the distance A between two adjacent support elements 3 advantageously being less than 5mm, in particular between 1mm and 2mm. Due to the small distances A, a load drop between the support elements 3 can be largely avoided.
  • the roller 1 also has a drive flange 5.
  • This drive flange 5 accommodates the casing 2 and transmits the power of an external drive (not shown in the figure) to the casing 2.
  • connection of the jacket 2 to the drive flange 5 is realized here via an adhesive connection.
  • An adhesive is applied to an adhesive surface 6.
  • the adhesive connection makes it possible to connect the drive flange 5 to the casing 3 flatly, instead of only at specific points at the screw points, as is the case with screw connections. This results in a more even load on the casing 2 during power transmission, whereby damage to the casing 2 can be completely or largely avoided.
  • the drive flange 5 can, for example, as shown in Figure 1, have a receptacle, preferably a slot-shaped receptacle, into which the jacket 2 is inserted.
  • the adhesive surface 6 or adhesive surfaces 6, 6a can then be located inside this receptacle.
  • the adhesive surface 6 of the adhesive connection is relatively large and evenly distributed over the circumference of the jacket 2 or the drive flange 5.
  • the adhesive surface 6 extends around the entire circumference. This can be realized in the form of a closed ring or in the form of one or more spirals.
  • the roller 1 can be designed analogously on the opposite driver or drive side, in particular with regard to the holder of the jacket 2 in the corresponding drive flange 5.
  • Figures 2a and 2b show alternative implementations of the connection between drive flange 5 and casing 2 and correspond approximately to the region within the dashed circle of Figure 1.
  • an additional locking pin 7 is provided. This is inserted into a hole through the drive flange 5 and the jacket 2.
  • the locking pin 7 is located in the area of the adhesive surface 6.
  • the locking pin 7 can also be glued in order to ensure a tight fit in the bore.
  • Figure 2 b shows an embodiment in which a second adhesive surface 6a is provided. This second adhesive surface 6a can be provided in combination with a locking pin 7 as in Figure 2b, or alternatively.
  • FIG. 3 shows a pressing device 10 according to a further aspect of the invention.
  • the pressing device includes a roller 1 according to one aspect of the invention.
  • a Yankee cylinder 8 is shown here as the counter roller 8.
  • Roller 1 and Yankee cylinder 8 form the treatment nip 9 for the material web 9, in particular a paper web 9.
  • the Yankee cylinder 8 is a heated cylinder - usually with steam - for example a steel cylinder, the cylinder has a surface that often has a hard metal surface.
  • Material includes or consists of, in particular a tungsten carbide-cobalt hard metal or a cermet material.
  • the Yankee cylinder 8 Due to the size of the Yankee cylinder 8, which can have a diameter of 3m - 8m, and the filling with steam, the effect of inflating the cylinder 8 occurs. While the surface remains fixed on the front covers, it bulges in the middle part Outside. This is indicated in Figure 3 - greatly exaggerated. Furthermore (not shown here), the Yankee cylinder 8 is subject to thermal deformation, which leads to increased diameters, especially in the edge areas, which would lead to severe edge overloads without bending compensation of the counter roller. In particular with Yankee cylinders 8 with a hard metal coating, this deformation cannot be regularly corrected when the operating parameters change by grinding the Yankee cylinder 8 accordingly. Therefore, the treatment nip 20 must be balanced via the bending adjustment roller 1.

Landscapes

  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Walze sowie Pressvorrichtung zur Behandlung einer Materialbahn, mit einem rotierbaren Mantel, wobei die Walze eine Mehrzahl von hydrostatischen Stützelementen aufweist, die auf den Innenumfang des Mantels eine Kraft ausüben können, wobei sich die Stützelemente auf einer nicht rotierenden, den Mantel durchsetzenden Achse abstützen, und wobei an zumindest einer, insbesondere beiden Stirnseiten der Walze jeweils ein Antriebsflansch vorgesehen ist, um eine Antriebsleistung auf den Mantel zu übertragen, und wobei der Mantel aus Kunststoffmaterial aufgebaut ist, während der bzw. die Antriebsflansche aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl aufgebaut sind, wobei die Verbindung des Mantels mit dem Antriebsflansch ganz oder teilweise über eine Klebeverbindung realisiert ist.

Description

Walze und Pressvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Walze zur Behandlung einer Materialbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Pressvorrichtung für eine Materialbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Bei der Herstellung von Materialbahnen, wie z.B. von Textilbahnen, Kunststofffolien, Metallbahnen und insbesondere von Faserstoffbahnen wie Papierbahnen wird die Materialbahn häufig durch sogenannte Behandlungsnips geführt, um die Bahnen beispielsweise zu glätten, zu entwässern oder zu komprimieren. Solche Behandlungsnips sind meist aus einer Walze und einem Gegenelement - oft einer Gegenwalze - gebildet.
Unter dem Einfluss von Kräften oder Temperatur verformen sich diese Walzen jedoch in gewissem Masse. Um trotzdem einen homogenen Behandlungsnip gewährleisten zu können, werden sogenannte Biegeausgleichswalzen verwendet. Eine Biegeausgleichswalze umfasst einen rotierbaren Walzenmantel sowie innenliegende hydraulische Stützelemente, um von innen Druck auf den Walzenmantel auszuüben und dadurch das Walzenprofil und in der Konsequenz das N ipprofil zu beeinflussen.
Derartige Biegeausgleichswalzen sind in einer Vielzahl Ausführungen, Materialien und für verschiedene Anwendungen bekannt, und beispielsweise in den Schriften EP1760194 B1 oder EP 0 720 698 beschrieben.
Eine Anwendung, die in der letzten Zeit an Bedeutung gewonnen hat, ist die Herstellung von Spezialpapieren, insbesondere einseitig glatten Papieren, sogenannten MG (machine glazedj-Papieren. Dabei wird die Papierbahn über einen großen, dampfbeheizten Glättzylinder, einen sogenannten MG- oder Yankeezylinder geführt. Die Anlagen umfassen in der Regel einen Behandlungsnip, der durch den Yankeezylinder und eine Biegeausgleichswalze gebildet wird. In der Schrift EP 3 974 576 der Anmelderin ist eine entsprechende Maschine beschrieben. Die Anwendung am MG Zylinder ist besonders kritisch, da sich dieser in Abhängigkeit der Dampftemperatur stark unterschiedlich verformt. In der Regel kommen Stahlzylinder zum Einsatz, welche aus Korrosionsgründen hartbeschichtet werden. Daher ist ein Umschleifen der Kontur des MG Zylinders nur noch sehr schwer oder gar nicht möglich. Das Ausgleichen der Verformungen und damit die Egalisierung des Behandlungsnips muss daher einzig über die Biegeausgleichswalze erfolgen. Klassische Biegeausgleichswalzen mit metallischem Mantel können jedoch Verformungen in diesem weiten Bereich nicht kompensieren.
Aus diesem Grund schlägt die EP 3 974 576 vor, Biegeeinstellwalzen mit Kunststoffmantel zu verwenden. Ein solcher Mantel ist biegeweicher als ein Stahl- oder Gussmantel und kann sich dadurch besser an die sich ändernde Kontur des MG Zylinders anpassen.
Die Eigenleistungen einer hydraulisch gestützten Biegeausgleichswalze ist im Besonderen bei hohen Geschwindigkeiten sehr hoch. Diese Leistung muss über einen externen Antrieb auf den Kunststoffmantel übertragen werden. Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Verfahren der Übertragung, wie z.B. über eine Schraubverbindung im Dauerbetrieb der Walze nicht funktionieren.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik so weiterzuentwickeln, dass die Walzen dauerhaft stabil betrieben werden können.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Leistungsübertragung auf dem Walzenmantel zu verbessern.
Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Pressvorrichtung für eine MG Maschine vorzuschlagen, die in einem weiten Betriebsfenster betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Walze entsprechend dem Anspruch 1 sowie eine Pressvorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Hinsichtlich der Walze wird die Aufgabe gelöst durch eine Walze zur Behandlung einer Materialbahn, mit einem rotierbaren Mantel, wobei die Walze eine Mehrzahl von hydrostatischen Stützelementen aufweist, die auf den Innenumfang des Mantels eine Kraft ausüben können, wobei sich die Stützelemente auf einer nicht rotierenden, den Mantel durchsetzenden Achse abstützen.
An zumindest einer, insbesondere beiden Stirnseiten der Walze ist jeweils ein Antriebsflansch vorgesehen, um eine Antriebsleistung auf den Mantel zu übertragen, Der Mantel ist aus Kunststoffmaterial aufgebaut, während der bzw. die Antriebsflansche aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl aufgebaut sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindung des Mantels mit dem Antriebsflansch ganz oder teilweise über eine Klebeverbindung realisiert ist.
Bei einer solchen Walze handelt es sich um eine Biegeeinstellwalze.
Üblicherweise werden die Mäntel der Walzen mit dem Antriebsflansch verschraubt. Dies ist auch bei den klassischen Biegeeinstellwalze aus Stahl oder Guss problemlos möglich. Die Eigenleistungen einer hydraulisch gestützten Biegeausgleichswalze ist im Besonderen bei hohen Geschwindigkeiten jedoch sehr hoch. Dies würde dazu führen, dass bei einer Schraubverbindung zwischen den Antriebsflanschen aus Metall und dem Mantel Kunststoff mit der Zeit der Mantel beschädigt würde.
Bei einer Walze gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher eine Klebeverbindung vorgesehen, um den Mantel mit dem Antriebsflansch zu verbinden. Durch die Klebeverbindung ist es dadurch möglich, den Antriebsflansch mit dem Mantel flächig zu verbinden, anstatt wie bei den Schraubverbindungen nur punktuell an den Schraubstellen. So erfolgt eine gleichmäßigere Belastung des Mantels bei der Leistungsübertragung, wodurch eine Beschädigung des Mantels ganz oder weitgehend vermieden werden kann.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Klebefläche der Klebeverbindung relativ groß und gleichmäßig über den Umfang des Mantels bzw. des Antriebsflansches verteilt ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die Klebefläche um den gesamten Umfang erstreckt. Diese kann in Form eines geschlossenen Rings oder in Form von einer oder mehreren Spiralen realisiert sein.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn sich die Klebefläche in Längsrichtung der Walze über mindestens 30mm, insbesondere mindestens 40mm erstreckt.
Dadurch kann eine besonders haltbare Klebeverbindung ebenso erzielt werden, wie eine besonders gleichmäßige Belastung des Mantels bei der Leistungsübertragung.
Der Antriebsflansch kann eine Aufnahme, beispielsweise eine schlitzförmige Aufnahme aufweisen, in die der Mantel eingeführt wird. Die Klebefläche bzw. Klebeflächen können sich dann im Inneren dieser Aufnahme befinden.
In Ausführungen gemäß speziellen Aspekten der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der Klebeverbindung noch weitere Verbindungsmittel, wie zum Beispiel Verbindungsstifte bzw. Sicherungsstifte vorgesehen sind, die den Mantel mit dem Flansch mechanisch verbinden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um den Mantel während der Trocknung des Klebstoffs an der richtigen Stelle zu fixieren, oder wenn dies z.B. als Sicherheitsmaßnahme gesetzlich vorgeschrieben ist. Derartige Stifte führen jedoch nicht zu den von den Schraubverbindungen bekannten Beschädigungen des Mantels, da die Leistung weiterhin ganz oder überwiegend über die Klebeverbindung übertragen wird. Meist wir die Anzahl der Sicherungsstifte klein sein, und nicht mehr als 4, 8 oder 12 betragen.
Geeignete Materialien für die Verbindungsmittel sind beispielsweise Metalle, Kunststoffe oder Kombinationen daraus.
Die Verbindungsmittel sind vorteilhafterweise im Bereich einer Klebefläche der Klebeverbindung angeordnet.
Als Klebstoff haben sich Epoxidharzklebstoffe als sehr geeignet erwiesen, wie sie beispielsweise unter dem Produktnamen Araldite ® vertrieben werden. Die optimale Auswahl des Klebstoffs hängt dabei von Faktoren wie der spezifischen Matenalkombination Mantel/Flansch, den Betriebsbedingungen etc. ab. Die Antriebsflansche können wie an sich bekannt auf geeignete Weise mit einem Antrieb, z.B. einem Elektromotor verbunden werden.
In vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der E-Modul des Mantels in Umfangsrichtung der Walze größer, bevorzugt doppelt so hoch, insbesondere mindesten fünfmal so hoch ist, wie in Längsrichtung der Walze.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der E-Modul des Mantels in Längsrichtung maximal 50 GPa, bevorzugt maximal 20 GPa beträgt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der E-Modul des Mantels in Längsrichtung mindestens 5 GPa, bevorzugt mindestens 10 GPa beträgt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der E-Modul des Mantels in Längsrichtung im Bereich zwischen 10 GPa und 20 GPa liegt.
Durch einen in Längenrichtung relativ weichen Mantel kann sich die Walze sehr gut auch größeren Veränderungen im Profil gut anpassen. Ein entsprechend kleiner E- Modul im Umfangsrichtung ist dazu nicht notwendig und in der Regel auch nachteilig.
Während der eher weiche Kunststoffmantel zum Ausgleichen sehr vorteilhaft ist, kann er an anderer Stelle zu Problemen führen. So kann es beispielsweise passieren, dass sich die Unterseite des Mantels entsprechender Belastung der Stützelemente verformt und gegebenenfalls in die Zwischenräume benachbarter Stützelemente gedrückt werden kann. Derartige Lasteinbrüche können später in der produzierten Materialbahn sichtbar sein. Um hier ein breites Anwendungsspektrum zu ermöglichen ist es vorteilhaft, die Stützelemente geeignet auszuführen.
So kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Stützelemente entlang einer Reihe angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Stützelementen weniger als 5mm, insbesondere zwischen 1 mm und 2mm beträgt. Durch die geringen Abstände kann ein Lasteinbruch weitgehend vermieden werden.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Breite der Stützelemente in Umfangsrichtung weniger als 100 mm, insbesondere 80mm oder weniger beträgt, da sonst die hydrostatische Spaltbildung aufgrund der - im Vergleich zum Metall starken - Mantelverformung beeinträchtigt sein kann.
Für das Material des Mantels können verschiedene Kunststoffe geeignet sein.
Der Walzenmantel kann dabei in einer Ausführung vollständig aus einem oder auf Basis eines duroplastischen Kunststoffs, vorliegend kurz Duroplast genannt, gebildet sein, wobei in dem Duroplast zusätzlich Füllstoffe und/oder Verstärkungsteilchen eingebettet sein können. Ein solcher duroplastischer Kunststoff ist - insbesondere im Vergleich zu einem thermoplastischen Kunststoff - zur Anwendung bei relativ hohen Betriebstemperaturen besonders geeignet.
In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der Mantel einen Körper umfasst oder daraus besteht, welcher aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten (GFK) oder aus einem kohlefaserverstärkten (CFK) Kunststoff aufgebaut ist. Auch eine Mischform aus glasfaser- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen ist denkbar.
Prinzipiell sind alle aus dem Stand der Technik bekannten Matrixmaterialien geeignet. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn das zu verwendende Matrixmaterial einen Glasübergangstemperatur von >140°C, vorzugsweise >170°C aufweist, um die Formstabilität bei der Herstellung des Walzenbezuges zu gewährleisten.
Solche Körper können insbesondere aus mehreren Lagen aufgebaut sein, wobei in den verschiedenen Lagen die Fasern unterschiedliche orientiert sein können.
Durch die Wahl des Lagenaufbaus und der Lagenorientierung können die Eigenschaften des Körpers bzw. des Mantels sehr genau eingestellt werden. Vorteilhaft bei der Verwendung solcher faserverstärkten Kunststoffe ist weiterhin, dass eine thermische Verformung des Mantels weitgehend vermieden werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Mantel zudem eine Beschichtung umfasst, welche die bahnberührende Oberfläche der Walze zur Verfügung stellt, wobei diese Beschichtung insbesondere aus einem Polyurethan aufgebaut ist. Die Beschichtung kann als harte oder weiche Beschichtung ausgeführt sein. Bevorzugt kann die Härte im Bereich von 10-20 P&J liegen.
Es ist jedoch zu bedenken, dass ein solcher (glas-)faserverstärkte Walzenmantel wie ein Isolator wirkt. Dies bedeutet, dass durch den Mantel nur in geringstem Maße Wärme von innen nach außen, noch Wärme von außen nach innen geleitet werden kann.
Diese Tatsache kann zu Problemen bei der Ableitung der Wärme führen, welche insbesondere durch Walkarbeit in der aufgebrachten Beschichtung entsteht. Wird diese Wärme nicht abgeführt, kann es passieren, dass es zu einer Schwächung der Bindung zwischen Beschichtung und Mantelkörper kommt, und im Extremfall zu einer Ablösung der Beschichtung vom Mantelkörper.
Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, dass der Körper ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst, wobei in dem Matrixmaterial zusätzlich noch Wärmeleitelemente, insbesondere Aluminium-Partikel eingebunden sind.
Durch die Wärmeleitelemente kann die Wärme durch den Körper ins Innere der Walze abgeleitet werden, wo sie über eine interne Ölkühlung nach außen abgeführt werden kann.
Um beispielsweise bei Betriebsgeschwindigkeiten bis 2000 m/min stabil zu funktionieren, sowie um die Möglichkeit der Wiederbeschichtung des Mantels ohne Verwendung eines Wickeldoms zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn der Mantel - im Gegensatz z.B. zu einem Pressmantel einer Schuhpresse - eine Eigensteifigkeit mitbringt, welche Auslenkungsschwingungen quer zum Behandlungsnip verhindert, sowie nur geringe Eigendurchbiegung bei der Lagerung in Zapfen aufweist. Dies kann - neben einem entsprechenden Wickelaufbau von GFK und CFK Fasern - auch durch eine gewisse Mindestwandstärke des Mantels sichergestellt werden.
Vorteilhafterweise sollte der Mantel eine Dicke von mehr als 20mm, bevorzugt mehr als 30mm aufweisen.
Weiterhin wird eine Pressvorrichtung für eine Materialbahn, insbesondere eine Papierbahn vorgeschlagen, wobei die Pressvorrichtung einen Behandlungsnip umfasst, der durch eine Walze und einer Gegenwalze gebildet wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Walze gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgeführt ist.
Der Begriff der Pressvorrichtung ist dabei sehr allgemein gefasst. Er umfasst die bereits erwähnte Kombination einer (Biegeeinstell-)Walze und einer Gegenwalze, bei der es sich um einen beheizten Glättzylinder, insbesondere einen Yankeezylinder oder MG- Zylinder handelt.
Im Rahmen diese Anmeldung werden die Begriffe Glättzylinder, MG-Zylinder und Yankeezylinder synonym verwendet, solange nicht explizit etwas anderes beschrieben ist. Derartige Glättzylinder können beispielsweise Durchmesser von 3m - 8m aufweisen.
Dabei kann es insbesondere sein, dass der beheizte Zylinder eine Oberfläche aufweist, die einen Hartmetall-Werkstoff umfasst oder daraus besteht, insbesondere einem Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall oder einem Cermet- Werkstoff.
Durch die Größe des Yankeezylinders, und das Befüllen mit Dampf, kommt es häufig zu dem Effekt des Aufblasens des Zylinders. Während die Oberfläche an den stirnseitigen Deckeln fixiert bleibt, beult sie sich im mittleren Teil nach außen. Im Weiteren unterliegt der Yankeezylinder einer thermischen Verformung, welche im Besonderen in den Randbereichen zu erhöhten Durchmessern führt, welche ohne Biegekompensation der Gegenwalze zu starken Randüberlastungen führen würde. Insbesondere bei Yankeezylindern mit einer Hartmetall- Beschichtung kann diese Deformation nicht regelmäßig bei Veränderung der Betriebsparameter durch entsprechendes Abschleifen des Yankeezylinders korrigiert werden. Daher muss der Behandlungsnip über die Biegeeinstellwalze ausgeglichen werden. Dies ist z.B. immer dann der Fall, wenn die Betriebsparameter, im Besonderen der Dampfdruck, verändert wird. Da die Deformation des Yankeezylinders z.B. in Abhängigkeit der produzierten Papiersorte stark unterschiedlich sein kann, muss die Biegeeinstellwalze in der Lage sein, einen weiten Bereich von Nipstörungen ausgleichen zu können. Dies kann mittels einer Walze gemäß Aspekten der Erfindung realisiert werden und stellt einen erheblichen Kundenvorteil dar, da unerwünschte Maschinenstillstände werden dadurch vermieden werden können.
Unter den Begriff der Pressvorrichtung fallen aber auch andere Anwendungen.
Als Beispiel seien hier Kalander erwähnt, die zur Behandlung von Papier- sowie Textilbahnen verwendet werden.
Weiterhin sollen von diesem Begriff auch Beschichtungsvorrichtungen umfasst werden. So kann es sich bei der Pressvorrichtung beispielsweise um eine Filmpresse handeln, mit der ein Stärkefilm auf eine oder beide Seiten der Materialbahn übertragen wird. Insbesondere im Bereich des sogenannten ’Hard-Nip-Sizing' können Biegeeinstellwalzen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dabei können insbesondere die Biegeeinstellwalze und/oder die Gegenwalze eine Härte von mehr als 60 ShoreD, insbesondere zwischen 80 und 95 ShoreD aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei jedoch nicht auf diese Ausführungen beschränkt.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem Aspekt der Erfindung
Figur 2a zeigt einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
Figur 2b zeigt einen Ausschnitt einer Walze gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
Figur 3 zeigt eine Pressvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walze 1 mit einem Mantel 2, welcher um eine den Mantel 2 durchsetzenden Achse 4 rotierbar ausgeführt ist. Die Achse 4 selbst ist dabei nicht rotierbar. Die Rotation des Mantels 2 kann über an sich bekannte Lager 11 , beispielsweise Kugellager 11 oder Wälzlager geschehen. Auf der feststehenden Achse 4 stützen sich eine Mehrzahl von hydraulischen Stützelementen 3 ab. Diese können auf den Innenumfang des Mantels eine Kraft ausüben. Diese Kraftausübung führt zu einer Verformung des Mantels 2 wodurch das Walzenprofil gezielt angepasst werden kann. Die Stützelemente 3 sind hier zweckmäßigerweise entlang einer Reihe angeordnet, wobei der Abstand A zwischen zwei benachbarten Stützelementen 3 vorteilhafterweise weniger als 5mm, insbesondere zwischen 1mm und 2mm beträgt. Durch die geringen Abstände A kann ein Lasteinbruch zwischen den Stützelementen 3 weitgehend vermieden werden.
Die Breite der Stützelemente 3 in Umfangsrichtung (d.h. ,in die Blattebene hinein') beträgt bevorzugt weniger als 100mm, insbesondere 80mm oder weniger.
Es sei angemerkt, dass in Figur 1 nur ein kleiner Ausschnitt einer Walze 1 an einem triebseitigen oder führerseitigen Ende der Walze 1 gezeigt ist. Die Erstreckung der Walze 1 in Längsrichtung L kann in praktischen Anwendungen einige Meter, insbesondere 10m oder mehr betragen. In großen Walzen 1 kommen dann auch deutlich mehr Stützelemente 3 zum Einsatz als die hier exemplarisch gezeigten drei Stützelemente 3.
Die Walze 1 weist weiter einen Antriebsflansch 5 auf. Dieser Antriebsflansch 5 nimmt den Mantel 2 auf und überträgt die Leistung eines (nicht in der Figur gezeigten) externen Antriebs auf den Mantel 2.
Der bzw. die Antriebsflansche 5 sind aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl aufgebaut. Der Mantel 2 ist dagegen aus einem Kunststoffmaterial aufgebaut ist. Der in Figur 1 exemplarisch gezeigte Mantel 2 umfasst beispielsweise einen Körper welcher aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff aufgebaut ist. Solche faserverstärkten Kunststoffe weisen in der Regel ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial auf, wobei in dem Matrixmaterial zusätzlich noch Partikel wie Wärmeleitelemente, insbesondere Aluminium-Partikel eingebunden sein können. Zudem umfasst dieser Mantel 2 eine Beschichtung 12, welche die bahnberührende Oberfläche der Walze 1 zur Verfügung stellt, wobei diese Beschichtung 12 insbesondere aus einem Polyurethan aufgebaut sein kann.
Die Verbindung des Mantels 2 mit dem Antriebsflansch 5 ist hier über eine Klebeverbindung realisiert. An einer Klebefläche 6 wird ein Klebstoff aufgetragen. Durch die Klebeverbindung ist es dadurch möglich, den Antriebsflansch 5 mit dem Mantel 3 flächig zu verbinden, anstatt wie bei den Schraubverbindungen nur punktuell an den Schraubstellen. So erfolgt eine gleichmäßigere Belastung des Mantels 2 bei der Leistungsübertragung, wodurch eine Beschädigung des Mantels 2 ganz oder weitgehend vermieden werden kann.
Der Antriebsflansch 5 kann dabei beispielsweise, wie in Figur 1 gezeigt, eine Aufnahme, vorzugsweise eine schlitzförmige Aufnahme aufweisen, in die der Mantel 2 eingeführt wird. Die Klebefläche 6 bzw. Klebeflächen 6, 6a können sich dann im Inneren dieser Aufnahme befinden.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Klebefläche 6 der Klebeverbindung relativ groß und gleichmäßig über den Umfang des Mantels 2 bzw. des Antriebsflansches 5 verteilt ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die Klebefläche 6 um den gesamten Umfang erstreckt. Die kann in Form eines geschlossenen Rings oder in Form von einer oder mehreren Spiralen realisiert sein.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn sich die Klebefläche 6 in Längsrichtung L der Walze 1 über mindestens 30mm, insbesondere mindestens 40mm erstreckt. Dadurch kann eine besonders haltbare Klebeverbindung ebenso erzielt werden, wie eine besonders gleichmäßige Belastung des Mantels 2 bei der Leistungsübertragung.
Wie dem Fachmann leicht ersichtlich, kann die Walze 1 an der gegenüberliegenden Führer- bzw. Triebseite analog ausgeführt sein, insbesondere hinsichtlich der Halterung des Mantels 2 im entsprechenden Antriebsflansch 5.
Die Figuren 2a und 2b zeigen alternative Realisierungen der Verbindung von Antriebsflansch 5 und Mantel 2 und entsprechen in etwa der Region innerhalb des strichlierten Kreises der Figur 1 . Bei der Ausführung der Figur 2a ist beispielsweise ein zusätzlicher Sicherungsstift 7 vorgesehen. Dieser ist in eine Bohrung durch den Antriebsflansch 5 und den Mantel 2 eingeführt. Der Sicherungsstift 7 befindet sich in dieser Ausführung im Bereich der Klebefläche 6. Insbesondere kann der Sicherungsstift 7 ebenfalls verklebt sein, um einen festen Sitz in der Bohrung zu gewährleisten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubverbindungen zwischen Mantel 2 und Antriebsflansch 5 wird hier so gut wie keine Leistung über die Sicherungsstifte 7 übertragen. Daher kann deren Anzahl auch geringgehalten werden. Figur 2 b zeigt eine Ausführung, bei der eine zweite Klebefläche 6a vorgesehen ist. Diese zweite Klebefläche 6a kann dabei wie in Figur 2b in Kombination mit einem Sicherungsstift 7 vorgesehen sein, oder aber alternativ dazu.
Figur 3 zeigt eine Pressvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Die Pressvorrichtung umfass dabei eine Walze 1 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Als Gegenwalze 8 ist hier ein Yankeezylinder 8 gezeigt. Walze 1 und Yankeezylinder 8 bilden den Behandlungsnip 9 für die Materialbahn 9, insbesondere eine Papierbahn 9. Der Yankeezylinder 8 ist dabei ein -in der Regel mit Dampf - beheizter Zylinder, beispielsweise ein Stahlzylinder, der Zylinder eine Oberfläche aufweist, die oftmals einem Hartmetall-Werkstoff umfasst oder daraus besteht, insbesondere einem Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall oder einem Cermet- Werkstoff.
Durch die Größe des Yankeezylinders 8, der Durchmesser von 3m - 8m aufweisen kann, und das Befüllen mit Dampf, kommt es zu dem Effekt des Aufblasens des Zylinders 8. Während die Oberfläche an den stirnseitigen Deckeln fixiert bleibt, beult sie sich im mittleren Teil nach außen. Dies ist in der Figur 3 - stark überzeichnet - angedeutet. Im Weiteren (hier nicht dargestellt) unterliegt der Yankeezylinder 8 einer thermischen Verformung, welche im Besonderen in den Randbereichen zu erhöhten Durchmessern führt, welche ohne Biegekompensation der Gegenwalze zu starken Randüberlastungen führen würde. Insbesondere bei Yankeezylindern 8 mit einer Hartmetall- Beschichtung kann diese Deformation nicht regelmäßig bei Veränderung der Betriebsparameter durch entsprechendes Abschleifen des Yankeezylinders 8 korrigiert werden. Daher muss der Behandlungsnip 20 über die Biegeeinstellwalze 1 ausgeglichen werden. Dies z.B. ist immer dann der Fall, wenn die Betriebsparameter, im Besonderen der Dampfdruck, verändert wird. Da die Deformation des Yankeezylinders 8 z.B. in Abhängigkeit der produzierten Papiersorte stark unterschiedlich sein kann, muss die Biegeeinstellwalze 1 in der Lage sein, einen weiten Bereich von Nipstörungen ausgleichen zu können. Dies stellt einen erheblichen Kundenvorteil dar und unerwünschte Maschinenstillstände werden dadurch unterbunden. Dies ist mit den Walzen 1 mit einem Kunststoffmantel 2 sehr gut möglich. Um die hohen Eigenleistungen einer hydraulisch gestützten Biegeausgleichswalze 1 , im Besonderen bei hohen Geschwindigkeiten, über einen externen Antrieb auf den Kunststoffmantel 2 übertragen zu können hat es sich gezeigt, dass die bekannten Verfahren der Übertragung, wie z.B. über eine Schraubverbindung im Dauerbetrieb der Walze nicht funktionieren. Deshalb ist die Verbindung des Mantels 2 mit dem Antriebsflansch 5 ganz oder teilweise über eine Klebeverbindung realisiert.
Bezugszeichenliste
1 Walze
2 Mantel
3 Stützelement
4 Achse
5 Antriebsflansch
6 Klebefläche
6a zweite Klebefläche
7 Sicherungsstift, Verbindungsstift
8 Yankeezylinder
9 Materialbahn
10 Pressvorrichtung
11 Lager
12 Beschichtung
20 Behandlungsnip
A Abstand
L Längsrichtung der Walze

Claims

Patentansprüche
1 . Walze (1 ) zur Behandlung einer Materialbahn (9), mit einem rotierbaren Mantel (2), wobei die Walze (1 ) eine Mehrzahl von hydrostatischen Stützelementen (3) aufweist, die auf den Innenumfang des Mantels (2) eine Kraft ausüben können, wobei sich die Stützelemente (3) auf einer nicht rotierenden, den Mantel (2) durchsetzenden Achse (4) abstützen, und wobei an zumindest einer, insbesondere beiden Stirnseiten der Walze (1 ) jeweils ein Antriebsflansch (5) vorgesehen ist, um eine Antriebsleistung auf den Mantel (2) zu übertragen, und wobei der Mantel (2) aus Kunststoffmatenal aufgebaut ist, während der bzw. die Antriebsflansche (5) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Mantels (2) mit dem Antriebsflansch (5) ganz oder teilweise über eine Klebeverbindung realisiert ist.
2. Walze (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Klebefläche (6) der Klebeverbindung um den gesamten Umfang des Mantels (2) bzw. des Antriebsflansches (5) erstreckt und/oder dass sich die Klebefläche (6) in Längsrichtung der Walze (1 ) über mindestens 30mm, insbesondere mindestens 40mm erstreckt.
3. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Modul des Mantels (2) in Längsrichtung (L) maximal 50 GPa, bevorzugt maximal 20 GPa, und/oder mindestens 5 GPa, bevorzugt mindestens 10 GPa beträgt.
4. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (2) einen Körper umfasst oder daraus besteht, welcher aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoff aufgebaut ist. Walze (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst, wobei in dem Matrixmaterial zusätzlich noch Wärmeleitelemente, insbesondere Aluminium-Partikel eingebunden sind. Walze (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Matrixmaterial zur Anwendung kommt, welches einen Glasübergangstemperatur von >140°C, insbesondere >170°C aufweist. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Modul des Mantels (2) in Umfangsrichtung der Walze (1) größer, bevorzugt doppelt so hoch, insbesondere mindesten fünfmal so hoch ist, wie in Längsrichtung (L) der Walze (1 ). Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (3) entlang einer Reihe angeordnet sind, wobei der Abstand (A) zwischen zwei benachbarten Stützelementen (3) weniger als 5mm, insbesondere zwischen 1 mm und 2mm beträgt. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Stützelemente (3) in Umfangsrichtung weniger als 100mm, insbesondere 80mm oder weniger beträgt. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (2) zudem eine Beschichtung (12) umfasst, welche die bahnberührende Oberfläche der Walze (1) zur Verfügung stellt, wobei diese Beschichtung (12) insbesondere aus einem Polyurethan aufgebaut ist. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (2) eine Dicke von mehr als 20mm, bevorzugt mehr als 30mm aufweist. Walze (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Klebeverbindung noch weitere Verbindungsmittel (7), insbesondere Verbindungsstifte (7) vorgesehen sind, die den Mantel (2) mit dem Antriebsflansch (5) mechanisch verbinden. Pressvorrichtung (10) für eine Materialbahn (9), insbesondere eine Papierbahn (9), wobei die Pressvorrichtung (10) einen Behandlungsnip (20) umfasst, der durch eine Walze (1 ) und einer Gegenwalze (8) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgeführt ist. Pressvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gegenwalze (8) um einen beheizten Zylinder (8), insbesondere einen Glättzylinder (8) handelt. Pressvorrichtung (10) einem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der beheizte Zylinder (8) eine Oberfläche aufweist, die einem Hartmetall- Werkstoff umfasst oder daraus besteht, insbesondere einem Wolframcarbid- Kobalt-Hartmetall oder einem Cermet- Werkstoff.
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