WO1999057369A1

WO1999057369A1 - Verfahren zum kalandrieren einer warenbahn mit einem vertikalen mehrwalzen-kalander und ein kalander hierzu

Info

Publication number: WO1999057369A1
Application number: PCT/EP1999/002675
Authority: WO
Inventors: Bernhard Brendel; Peter Svenka
Original assignee: Eduard Küsters Maschinenfabrik GmbH & Co. KG; Küsters Beloit Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 1999-11-11
Also published as: EP1080267A1; DE19820089C2; DE19820089A1; EP1080267B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander (1), bei dem zwischen einer oberen biegungssteuerbaren Walze (2) und einer unteren biegungssteuerbaren Walze (3) mehrere Zwischenwalzen (4, 5, 6) angeordnet sind, dieses Walzenpaket Nips (N) bildet mit einem oberen und einem unteren Nip, die die Warenbahn durchläuft, und Streckenlasten in diesen Nips bestimmt, deren Streckenlastprofil durch Einleiten von Verformungskräften an Walzenzapfen (7, 8, 9) der Zwischenwalzen veränderbar ist. Für eine Anpassung der Streckenlasten in den Nips an eine zu kalandrierende Warenbahn ist vorgesehen, daß die an den Walzenzapfen der Zwischenwalzen einleitbaren Verformungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischenwalzen zur Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen gleiche Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß einer bestimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz zwischen dem oberen und unteren Nip eingestellt wird, und die biegungssteuerbaren Walzen an diese Biegung angepaßt werden.

Description

Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander und ein Kalander hierzu

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kalander hierzu.

Vertikale Mehrwalzen-Kalander umfassen einen Walzensatz aus mehreren übereinander gelagerten Walzen, die im Betriebszustand in ständiger

Wechselwirkung stehen, und durch deren Walzenspalte, Nips genannt, eine zu kalandrierende Warenbahn läuft.

Wie aus dem Wochenblatt für Papierfabrikation 121, 1993, S. 29 bis 33 bekannt, bewirkt das Kalandrieren eine mechanische oder mechanisch-ther- - 2 -

mische Umformung der Warenbahn. Zur Optimierung dieser Umformung, insbesondere einer Papierbahn, werden unterschiedliche Walzentypen in einem Walzenpaket kombiniert. In oberster und unterster Position werden vorzugsweise Biegeeinstellwalzen verwendet, und die zwischen ihnen angeordneten Zwischenwalzen sind als harte Walzen und elastische Walzen ausgebildet. Als harte Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten und harten Walze, die im wesentlichen für die Glätte und den Glanz verantwortlich sind. Als weiche Walzen bezeichnet man Walzen mit einer elastischen oder weichen Oberfläche, die im wesentlichen für eine gleichmäßige Verdichtung sorgen.

Durch das Eigengewicht der Walzen und der mit ihnen verbundenen Leitmittel, wie Leitwalzen, Walzenzapfen und Lagergehäuse, steigt die Druckspannung in den Nips von oben nach unten an. Die höchste Streckenlast herrscht im untersten Nip. Diese einem Walzenpaket fest zugeordnete Streckenlastzunahme ergibt die charakteristische, annähernd linear verlaufende natürliche Streckenlastkennlinie.

Ein Problem besteht allerdings darin, daß wegen der geringen Streckenlast in den oberen Spalten dort nur ein geringer Anteil der Umformung erbracht wird. Eine Belastung des Walzenpakets vom oberen Ende her vergrößert zwar den nutzbaren Streckenlastbereich, ohne jedoch Einfluß zu nehmen auf die Streckenlastzunahme im Walzenpaket, d.h. die Steigung der natürlichen Kennlinie bleibt unverändert. Da die im untersten Nip herrschende Streckenlast nicht beliebig groß gewählt werden kann, ist bei breiten Kalandern mit hohen Eigengewichten der Walzen und flacher Streckenlastkennlinie der nutzbare Streckenlastbereich stark eingeschränkt.

Wie aus US-A-3,060,843 bekannt ist, kann durch eine Kompensation der überhängenden Gewichte, bei der die Eigengewichte der Leitmittel eliminiert werden, so daß sich praktisch gerade, biegungsfreie Zwischenwalzen und entsprechend gerade, horizontal verlaufende Nips ergeben, eine steilere Streckenlast-Kennlinie erhalten werden. Bei gleicher Streckenlast im untersten Nip ist dann die Streckenlast im oberen Teil des Kalanders erhöht.

Zum Kleinhalten der wirksamen Walzengewichte ist ferner aus DE 295 21 610 U1 bekannt, die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen zu neigen. Hierdurch geht jeweils nur die vertikale Komponente des Gewichts in die Erhöhung der Streckenlast ein. Die Streckenlastzunahme ist folglich verringert, aber dem Walzensatz fest zugeordnet.

Andere Vorschläge zielen darauf ab, das Eigengewicht der Walzen zu verringern. Dazu werden Walzen mit einem kleinstmöglichen Durchmesser oder in einer Leichbaukonstruktion verwendet. Eine Kalanderwalze mit einem dünnen Mantel und einer inneren stützenden Zellenstruktur ist in DE- A- 195 11 595 offenbart. Ein ähnliches Konzept liegt der Walze gemäß DE- A-195 33 823 zugrunde. Eine auf diese Weise verringerte Streckenlastzunahme ist aber wiederum dem Walzensatz fest zugeordnet. Eine Streckenlastvorgabe ist nur entweder in einem oberen oder in einem unteren Nip möglich. Die jeweils andere Streckenlast ergibt sich aus dem Eigengewicht.

Aus der WO 95/14813 ist schließlich ein vertikaler Mehrwalzen-Kalander mit einer biegesteuerbaren Ober- und Unterwalze und Zwischenwalzen bekannt, bei dem die Zwischenwalzen so ausgewählt sind, daß sie alle eine im wesentlichen gleiche natürliche Eigendurchbiegung besitzen. Durch ein völliges Anheben bzw. Kompensieren der Gewichte der Zwischenwalzen samt Leitmittel wird erreicht, daß diese Gewichte keinen Einfluß haben auf die Streckenlast in den Nips. Dadurch herrschen gleiche Streckenlasten im untersten Nip und obersten Nip, wobei die gleichen Eigendurchbiegungen der Zwischenwalzen im wesentlichen ebene Streckenlastprofile sicherstellen. Über eine wählbare Belastung der Ober- oder Unterwalze können dann die Streckenlasten in den Nips eingestellt werden. Nachteilig hierbei ist, daß nur Zwischenwalzen mit gleicher Eigendurchbiegung einsetzbar sind. Außerdem ist ein gewisser Unterschied in der Streckenlast von einem Nip zum anderen Nip wünschenswert, um eine Bahnspannung zwischen zwei Walzenspalten aufzubauen, die für einen faltenfreien Lauf der Warenbahn nötig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander zu schaffen, das eine Anpassung der Streckenlasten in den Nips an eine zu kalandrierende Warenbahn erlaubt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Kalander hierfür zu schaffen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst.

Hierdurch wird ein Verfahren geschaffen, das die konstruktiv bedingte natürliche oder kompensierte Streckenlast-Kennlinie eines Kalanders verändert, um einen Mehrwalzen-Kalander optimal auf eine Warenbahn, insbesondere eine Papiersorte, einstellen zu können. Abweichend von der natürlichen oder kompensierten Kennlinie werden in Abhängigkeit von der zu kalandrierenden Warenbahn flachere oder steilere Kennlinien eingestellt, wobei auch die Einstellung einer negativen Steigung, d.h. im obersten Nip herrscht eine höhere Streckenlast als im untersten Nip, möglich ist.

Um sicherzustellen, daß eine Gleichmäßigkeit der Streckenlastverteilungen zwischen den Zwischenwalzen vorliegt, müssen alle Zwischenwalzen eine im wesentlichen gleiche Durchbiegung erfahren, d.h. gleiche Biegelinien aufweisen.

Durch eine gezielte Biegung der Zwischenwalzen, die zu einer Entlastung oder Belastung der Eigengewichte der Walzen führt, kann der Gradient der Streckenlast-Kennlinie und damit die Streckenlastdifferenz zwischen oberem und unterem Nip frei eingestellt werden. Das Kalandrierpotential eines solchen Kalanders ist folglich nicht durch die Konstruktion fest vorgegeben, sondern kann während des Betriebes auf die jeweilige Warenbahn eingestellt werden. Darüberhinaus kann die Nipzahl unter die im Su- perkalander reduziert werden und dabei gute Glätteeffekte auch bei hohen Geschwindigkeiten realisiert werden.

Die variable Einstellung der Streckenlast-Kennlinie ist weiterhin auch bei der Verwendung von Walzen mit unterschiedlichen Walzendurchmessern in einem Walzensatz möglich. Bekanntlich ergeben kleinere Walzendurchmesser eine kleinere Spaltbreite mit der Folge einer höheren Druckspannung. Da die Druckspannung und nicht die Streckenlast die mechanische Größe ist, die im wesentlichen für die Umformung verantwortlich ist, kann über den Walzendurchmesser Einfluß genommen werden auf die Belastung. Die wegen der kleineren Walzendurchmesser vorgegebene steile Streckenlast-Kennlinie kann durch das erfindungsgemäße Verfahren verändert werden, ohne den Vorteil einer kleineren Spaltbreite zu verlieren.

Weiterhin ist es nicht erforderlich die Zwischenwalzen konstruktiv so auszubilden, daß ihre Durchbiegungen aus Eigengewicht und ihre Biegesteifigkeiten untereinander gleich groß sind.

Besteht ein Walzensatz aus Zwischenwalzen unterschiedlicher Biegestei- figkeit, so kann die Höhe der Verformungskraft in Abhängigkeit von der jeweiligen Biegesteifigkeit gewählt werden. Dies führt zwar zu unterschiedlichen Streckenlastdifferenzen von Zwischenwalze zu Zwischenwalze bzw. von Nip zu Nip, stellt jedoch gleiche Durchbiegungen sicher.

Zur Einstellung einer gewünschten Streckenlast-Kennlinie können Strek- kenlasten, die beim Kalandrieren im oberen und im unteren Nip herrschen sollen, unabhängig voneinander vorgegeben werden. Zugehörige mittlere Streckenlasten können über Be- oder Entlastungsdrücke der Zwischenwalzen bestimmt werden. Ausgangspunkt dafür sind vorzugsweise die von den überhängenden Gewichten sowie von den Umlenk- und Breitstreckwalzen vollständig entlasteten Zwischenwalzen, so daß alle Walzen gerade Nips bilden. Man spricht insoweit von einem kompensierten Walzenstapel mit einer kompensierten Streckenlast-Kennlinie. Diese kompensierte Streckenlast-Kennlinie dient vorzugsweise als Referenzkennlinie. Ausgehend von dieser Referenzkennlinie können die Zwischenwalzen so belastet oder entlastet werden, daß sich in der Summe über alle Zwischenwalzen die gewünschte Streckenlastdifferenz zwischen oberem und unterem Nip ergibt und die damit gewünschte geänderte Kennlinie entsteht.

Für eine Berechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte kann die Balkenbiegung der Zwischenwalzen herangezogen werden. Für eine verfeinerte Abstimmung können die Schubverformungen, eine Schalenbiegung und/ oder eine Schalenschubverformung in eine Berechnung der Sollwerte einbezogen werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht eines vertikalen Mehrwalzen-Kalanders zum Kalandrieren,

Fig. 2a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. 1 mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstellung einer steileren Kennlinie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,

Fig. 2b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß Fig. 2a,

Fig. 3a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. 1 mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstellung einer vertikalen Kennlinie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ,

Fig. 3b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß Fig. 3a,

Fig. 4a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. - 7 -

1 mit einer Biegung für einen Entlastungsdruck zur Einstellung einer Kennlinie mit einer negativen Steigung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß Fig. 4a,

Fig. 5a zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. 1 mit einer Biegung für einen Belastungsdruck zur Einstellung einer flacheren Kennlinie gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ,

Fig. 5b zeigt ein Diagramm einer kompensierten und einer durch Walzenbiegungen geänderten Streckenlasten-Kennlinie gemäß Fig. 5a,

Fig. 6 zeigt schematisch Zwischenwalzen eines Kalanders gemäß Fig. 1 mit sechs Zwischenwalzen und einer durch Walzenbiegungen variierten Streckenlasten-Kennlinie.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Mehrwalzen-Kalander mit einem Gestell 1, in dem ein Walzenstapel aus einer oberen biegungssteuerbaren Walze 2, einer unteren biegungssteuerbaren Walze 3 und drei Zwischenwalzen 4, 5, 6 abgestützt angeordnet sind. Die Zwischenwalzen 4, 5, 6 können als harte oder elastische Walzen ausgebildet sein und unterschiedliche Walzendurchmesser aufweisen. Die Walzen sind in dem Walzenstapel übereinander angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Walzen jeweils einen Nip, den Walzenarbeitsspalt, begrenzen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kalander liegt ein erster Nip, oberer Nip genannt, zwischen der oberen biegungssteuerbaren Walze 2 und der ersten Zwischenwalze 4. Ein Nip N_? liegt zwischen der ersten Zwischenwalze 4 und der zweiten Zwischenwalze 5. Ein Nip N₃ liegt zwischen der zweiten Zwischenwalze 5 und der dritten Zwischenwalze 6. Ein letzter Nip, unterer Nip genannt, liegt zwischen der dritten Zwischenwalze 6 und der unteren beigesteuerbaren Walze 3.

In den Nips N , ₂, ₃, N herrschen Druckspannungen, die bestimmt werden von den Eigengewichten der Walzen 2, 4, 5, 6 und dem zugehörigen - 8 -

Leitmittel als auch von an einem Ende des Walzenstapels aufbringbaren Belastungen. Die in einem Nip wirkende Kraft pro Längeneinheit der Walze wird als Streckenlast bezeichnet. Im oberen Nip herrscht demnach eine Streckenlast q , im Nip N herscht eine Streckenlast q , im Nip o herrscht die Streckenlast q~ und im unteren Nip herrscht die Streckenlast q . Die Streckenlast, gemessen in N/mm, für eine Nip-Anzahl ergibt eine Streckenlast-Kennlinie.

Die Nips N , ₂, ,, N werden von einer zu bearbeitenden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn, von oben nach unten durchlaufen.

Die Zwischenwalzen 4, 5, 6 besitzen Walzenzapfen 7, 8, 9 für eine beid- seitige gelenkige Anordnung. Dazu sind die Walzenzapfen 7 , 8, 9 an Hebeln 10, 11, 12 befestigt, auf die jeweils ein Druckzylinder 13, 14, 15 wirkt, um Verformungskräfte auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 und damit die Zwischenwalzen 4, 5, 6 einzuleiten. Eine Biegelinie B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 (vgl. Fig. 2a) kann hierdurch eingestellt werden, wobei die Krümmung der Biegelinie B über die Höhe der eingeleiteten Verformungskräfte gesteuert werden kann. Die Druckzylinder 13, 14, 15 sind vorzugsweise Hydraulikzylinder. Die Druckzylinder 13, 14, 15 sind getrennt steuerbar, um jede Zwischenwalze 4, 5, 6 individuell mit einer wählbaren Verformungskraft beaufschlagen zu können. Vorzugsweise sind die Druckzylinder 13, 14, 15 zweiseitig wirkend ausgeführt, um Belastungs- und Entlastungsdrücke an den Zwischenwalzen 4, 5, 6 einleiten zu können.

Bei einem Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem solchen Mehrwalzenkalander kann eine variable Kennlinie der Druckspannungen in den aufeinanderfolgenden Nips N_Q, N₂, N₃, erzielt werden, indem die an den Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6 einleitbaren Verformungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischenwalzen 4, 5, 6 zur Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen gleiche Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß einer bestimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz zwischen dem oberen und unteren Nip N„o und Nu, eing³estellt wird und die biegungssteuerbaren Walzen 2, 3 an diese Biegung angepaßt werden.

Für eine solche Bestimmung der Veränderung der walzenbedingten Streckenlastdifferenz werden lediglich die Steifigkeiten und die Eigengewichte der Zwischenwalzen 4, 5, 6 berücksichtigt. Es ist dagegen weder erforderlich, diese Zwischenwalzen 4, 5, 6 konstruktiv so auszubilden, daß ihre Durchbiegungen aus Eigengewicht untereinander gleich sind noch daß ihre Biegesteifigkeiten untereinander gleich sind.

Bei der Verwendung unterschiedlicher Zwischenwalzen 4, 5, 6, insbesondere harter und elastischer Zwischenwalzen, kann vielmehr für eine jede Zwischenwalze 4, 5, 6 die Höhe der zur Einstellung eines bestimmten Biegungsgrades erforderlichen Verformungskräfte in Abhängigkeit von der jeweiligen Biegesteifigkeit der jeweiligen Zwischenwalze 4, 5, 5 gewählt werden.

Zum Kalandrieren einer Warenbahn wird hier ausgegangen von einer kompensierten Streckenlast-Kennlinie K. (vgl. Fig. 2b), bei der überhängende Gewichte kompensiert sind, so daß ebene Streckenlastprofile in den Nips N , N₂, N₃, N vorliegen. Die hierzu eingeleiteten Kompensationskräfte werden über die Druckzylinder 13, 14, 15 eingeleitet. Aus den Eigengewichten der Zwischenwalzen 4, 5, 6 folgt dann eine Streckenlastendifferenz z3,q_E

Zur Einstellung einer gewünschten Streckenlast-Kennlinie K_ß durch Walzenbiegung (vgl. Fig. 2b) werden die Streckenlasten im oberen Nip q und im unteren Nip q unabhängig voneinander vorgegeben. Ausgehend von einer kompensierten Streckenlast-Kennlinie K_κ mit einer oberen Streckenlast q wird eine gewünschte untere Streckenlast q festgelegt. Unterscheidet sich diese von der eigengewichtbedingten, wird die Streckenlast-Kennlinie g steiler oder flacher als die kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_κ, da eine Streckenlastdifferenz Δ q_ß abgezogen oder addiert werden muß, die aus einer Gesamtstreckenlast aus der Verbiegung aller Zwischenwalzen 4, 5, 6 resultiert. Die untere Streckenlast q kann kleiner - 10 -

gewählt werden als q . Die Gesamtstreckenlastveränderung aus der Verbie- gung wird aufgeteilt in Abweichungen für die mittleren Streckenlasten, hier q₂ und q₃, was erreicht wird durch eine gezielte Walzenbiegung der Zwischenwalzen 4, 5, 6, wodurch Streckenlastenzusätze (positiv oder negativ) q_ß erzeugt werden.

Für eine kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_κ gilt demnach q_u = q₀ +Δq_E,

während für die variable Streckenlast-Kennlinie K_ß gilt ^{A =} % ^+ΔqE ^" V

Die Aufteilung dieser Streckenlastdifferenz Δ q_ß durch Walzenbiegung auf die einzelnen Zwischenwalzen 4, 5, 5 geschieht unter Einbeziehung der Biegesteifigkeit der Zwischenwalzen 4, 5, 6, vorzugsweise nach der Theorie der Balkenbiegung. Anstelle einer arithmetisch gleichen Aufteilung der Streckenlastdifferenz Δq_ß auf die Anzahl Zwischenwalzen 4, 5, 6 wird hierdurch eine Walzenart abhängige Aufteilung vorgenommen.

Gemäß einem ersten in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Zwischenwalze 4 und die dritte Zwischenwalze 6 baugleich und als eine harte, beheizbare Walze ausgeführt. Die zweite Zwischenwalze 5 ist dagegen als eine elastische Walze ausgebildet.

Eine vorgegebene Gesamt-Streckenlastdifferenz Δq_ß aus Walzenbiegung wird dann aufgeteilt auf die Zwischenwalzen 4, 5, 6 gemäß

Δq_ß = 2 q_hß + 1 q_eß,

wobei q. n der gesuchte Streckenlastzusatz auf die harten Zwischenwalzen 4, 6 aus Walzenbiegung und q „ der gesuchte Streckenlastzusatz auf die elastische Zwischenwalze 5 aus Walzenbiegung ist. Diese beiden Streckenlastzusätze verbiegen die Zwischenwalzen 4, 5, 6, wobei die hierfür erforderlichen Verformungskräfte von den Druckzylindern 13, 14, 15 aufge- - 1 1 -

bracht und in die Lager der Zwischenwalzen 4, 5, 6 als zusätzliche eingeleitete Kräfte eingeleitet und im Gleichgewicht gehalten werden.

Damit die Gleichmäßigkeit der Nipkräfte gewährleistet ist, werden die Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 aneinander angepaßt. Das heißt, die Zwischenwalzen 4, 5, 6 werden derart verformt, daß die von ihnen begrenzten Nips im wesentlichen gleich gekrümmt sind und folglich zueinander parallel verlaufen.

Als Kriterium für eine solche Anpassung der Biegelinien der Zwischenwalzen 4, 5, 5 kann die Gleichheit der Biegepfeile f der Zwischenwalzen verwendet werden. Daraus ergibt sich die Forderung

^{f ■ f}e ^•

wobei f. der Biegepfeil der harten Zwischenwalzen 4, 6 und f der Biegepfeil der elastischen Zwischenwalze 5 ist. Für die Durchbiegung einer beidseitig gelenkig gelagerten harten Zwischenwalze 4, 6 und einer elastischen Zwischenwalze 5 unter Eigengewicht gilt nach der Balkentheorie

^{5 '} B ^{' l4 5 ' q}eB ^{* l4}

384 E_hh • JXh 384 E_Ωe • Je

Durch Gleichsetzen der Formeln für die beiden Biegepfeile erhält man:

eB

Ee_Ω • e E.h • J.h

wobei E_e, E_h die Elastizitätsmodule und J_h die Flächenträgheitsmomente der betreffenden der jeweiligen Zwischenwalzen angeben. Aus den vorstehenden Formeln lassen sich dann die gesuchten Streckenlastzusätze q._R und q _B bestimmen und entsprechende Sollwerte für die Ansteuerung der Zylinder 22 berechnen. Die Elastizitätsmodule sind jeweils bekannt - 12 -

oder lassen sich experimentell bestimmen, und das Flächenträgheitsmoment ist durch die Geometrie der Querschnitte der Zwischenwalzen 4, 5, 6 vorgegeben.

Für die gesuchten Streckenlastenzusätze gilt

Δq_ß

'hB ⁼ - 2 +. ^Ee ^{* J}e

V^Jh

Δ q_ß

^qeB ⁼ _{1 + 2} h h

e e

Die zu den berechneten Streckenlastzusätzen für die Walzenbiegungen gehörenden zusätzlichen Zapfenkräfte F. für die harten Zwischenwalzen 4, 5 ergeben sich wie folgt:

Papierbreite ^Fh = %B ²

die zusäztlichen Zapfenkräfte F_e für die elastische Zwischenwalze 5 ergeben sich aus

Papierbreite ^Fe ^{= q}eB ²

Bei Realisierung einer gegenüber der kompensierten Streckenlast-Kennlinie K_κ steileren Kennlinie K_ß ergibt sich eine Krümmung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 nach unten, d.h Entlastungsdrücke wirken auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6, wie dies in Fig. 2a durch die von unten wirkenden Kraftpfeile F. und F verdeutlicht wird. - 13 -

Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft Streckenlastenzusätze q._ß und q _ß durch Biegungen zweier baugleicher harter Zwischenwalzen 4, 6 und einer elastischen Zwischenwalze 5 angegeben. Fig. 2b zeigt die Streckenlastzusätze q,_ß und q _R in bezug auf die Streckenlast und Fig. 2a verdeutlicht dazu den Grad der Krümmung der Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5 , 6. Die Strek- kenlastzusätze q._ß und q „ sind hier betragsmäßig negativ in bezug auf die kompensierte Streckenlast-Kennlinie K_κ und führen folglich zu einer steileren variablen Streckenlast-Kennlinie K_ß. Im oberen Nip N herrscht eine Streckenlast q , die über die obere biegesteuerbare Walze 2 einstellbar ist. Die Höhe der Streckenlast q im oberen Nip und die Höhe der Streckenlast q im unteren Nip, bedingt durch die Eigengewichte der Walzen 2, 4, 5, 6 und die Streckenlastzusätze der Zwischenwalze 4, 5, 6, sind betragsmäßig durch Kraftpfeile dargestellt.

Das in Fig. 3a und 3b dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, daß Δq betragsmäßig Δq_F entspricht. Das Ergebnis ist dann eine vertikale variable Kennlinie K_R. Da hier höhere Verformungskräfte als Zapfenkräfte eingeleitet werden, d.h. stärkere Entlastungsdrücke an den Zwischenwalzen 4, 5, 6 liegen, ergibt sich ein stärkerer Krümmungsgrad für Zwischenwalzen 4, 5, 6. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel entsprechend.

Das in Fig. 4a und 4b dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen lediglich dadurch, daß Δq_ß betragsmäßig größer ist als Δq_E- Das Ergebnis ist dann eine variable Kennlinie K_ß mit einer negativen Steigung, da q kleiner ist als q , wie auch die Darstellung der Kraftpfeile für q und q verdeutlichen. Da hier noch höhere Verformungskräfte als Zapfenkräfte eingeleit werden, d.h. noch stärkere Entlastungsdrücke an den Zwischenwalzen 4, 5, 6 liegen, ergibt sich ein nochmals stärkerer Krümmungsgrad für Zwischenwalzen 4, 5, 6. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend. - 14 -

Das in Fig. 5a und 5b dargestellte vierte Ausführungsbeispiel zeigt eine gegenüber der kompensierten Kennlinie K_κ flachere Kennlinie K_ß durch Walzenbiegungen, was eine Krümmung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 nach unten erfordert. Dies verdeutlichen auch die Kraftpfeile F. und F , die von oben auf die Walzenzapfen 7, 8, 9 der Zwischenwalzen 4, 5, 6 wirken und folglich Belastungsdrücke einleiten. Δq_ß subtrahiert sich hier nicht von Λq_F, sondern addiert sich, wie Fig. 5b zeigt. Die Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 sind konvex geformt im Gegensatz zu einer konkaven Form der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im übrigen gelten die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen entsprechend.

Fig. 6 zeigt schließlich ein konkretes Zahlenbeispiel für eine flachere Kennlinie K_ß durch Walzenbiegung gegenüber einer kompensierten Kennlinie K_j.. Hierzu umfaßt ein Kalander neben der oberen biegesteuerbaren Walze 2 und der unteren biegesteuerbaren Walze 3 insgesamt sechs Zwischenwalzen 30, 31, 32, 33, 34, 35, von denen die Zwischenwalzen 30, 32 und 35 Walzen aus Hartguß sind, die eine Streckenlast q_£ von jeweils 8,1 N/mm bewirken. Die Zwischenwalzen 31, 33 und 34 sind elastische Walzen aus Aluminium, die eine Streckenlast q^ von jeweils 4,6 N/mm bewirken.

Für die kompensierte Kennlinie K., wird eine obere Streckenlast q von Null angenommen, daraus folgt für eine untere Streckenlast q hier 38,1N/mm. Wird jedoch eine untere Streckenlast q von 100 N/mm gewünscht, ist die Einleitung von Belastungsdrücken an den Walzenzapfen der Zwischenwalzen erforderlich, wodurch die Zwischenwalzen eine konvexe Biegelinie erhalten, die Zwischenwalzen 30 bis 35 sind insgesamt um 61,9 N/mm zusätzlich zu belasten

q_b = 100 - 38,1 N/mm q_ß = 61 ,9 N/mm

Berücksichtigt man die zugehörigen Elastizitätsmodule und Biegeträgheitsmomente der hier beispielhaft gewählten Zwischenwalzen 30 bis 35, so folgt - 15 -

Δq

^eB 10,7 N/mm

5,769 Q_R

^hB 9,9 N/mm

6,250

Anstelle des arithmetischen Mittelwerts 100 N/mm / 6 Nips = 16,66 N/mm ergeben sich additive Streckenlasten aus q _E und q _R von 4,6 N/mm und 10,7 N/mm, also 15,3 N/mm sowie aus q._£ und q._ß von 8,1 N/mm und 9,9 N/mm, also 18 N/mm.

Die hydraulischen Drücke der beiden Biegeeinstellwalzen 2, 3 werden bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen so eingestellt, daß sich die Biegelinien der Biegeeinstellwalzen an die vorgegebenen Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 anschmiegen.

Mittels einer Steuereinheit können die Drücke in den Druckzylindern 13, 14, 15 zur Anpassung der Zwischenwalzen 4, 5, 6 und die Drücke in hydraulischen Elementen der Biegeeinstellwalzen 2, 3 synchron miteinander verstellt werden, so daß eine Homogenität der Streckenlastverteilungen in allen Nips auch während einer Druckverstellung für eine neue Warenbahn erhalten bleibt. Auf diese Weise werden insbesondere die elastischen Bezüge auch bei Veränderung während eines Betiebes des Kalanders vor Zerstörung geschützt.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde als Referenzlinie die kompensierte Kennlinie K., (überhängende Gewichte kompensiert) gewählt, bei der ebene Streckenlastprofile vorliegen. Alternativ kann auch die natürliche Kennlinie ohne Kompensation als Referenzlinie dienen. Die Berechnung der Sollwerte ist dann entprechend anzupassen.

Bei der vorstehend beschriebenen Berechnung der Sollwerte für Streckenlastzusätze q_ß sind sonstige Verformungen vernachlässigt worden. Für eine Feineinstellung können neben den Biegeverformungen auch Schubverfor- - 16 -

mungen der Zwischenwalzen mit in die Berechnung einbezogen werden. Dar- überhinaus ist es möglich, auch evtl. vorhandene Rohrovalisierungen der Zwischenwalzen mit in der Rechnung zu berücksichtigen.

Alternativ kann für eine Berechnung der Streckenlastenzusätze q_R durch Walzenbiegung für eine Anpassung der Biegelinien B der Zwischenwalzen 4, 5, 6 als ein anderes Kriterium für die Gleichmäßigkeit der Nipkräfte zwischen den Zwischenwalzen 4, 5, 6 die Minimierung der Fehlerquadratsumme, gebildet aus den Abweichungen benachbarter Biegelinien B, an einer vorgegebenen Anzahl diskreter Stützstellen, verwendet werden.

Claims

- 17 -Patentansprüche

1. Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem vertikalen Mehrwalzen-Kalander, bei dem zwischen einer oberen biegungssteuerbaren Walze und einer unteren biegungssteuerbaren Walze mehrere Zwischenwalzen angeordnet sind, dieses Walzenpaket Nips bildet mit einem oberen und einem unteren Nip, die die Warenbahn durchläuft, und Streckenlasten in diesen Nips bestimmt, deren Streckenlastprofil durch Einleiten von Verformungskräften an Walzenzapfen der Zwischenwalzen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Walzenzapfen der Zwischenwalzen einleitbaren Verformungskräfte derart gewählt werden, daß die Zwischenwalzen zur Ausübung von Be- oder Entlastungsdrücken eine im wesentlichen gleiche Durchbiegung erhalten, wobei ein Grad der Durchbiegung gemäß einer bestimmbaren Veränderung einer walzenbedingten Streckenlastdifferenz zwischen dem oberen und unteren Nip eingestellt wird, und die biegungssteuerbaren Walzen an diese Biegung angepaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine jede Zwischenwalze die Höhe der zur Einstellung eines bestimmten Biegungsgrades erforderliche Verformungskraft in Abhängigkeit von der jeweiligen Biegesteifigkeit der jeweiligen Zwischenwalze gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Streckenlast im oberen und im unteren Nip unabhängig voneinander vorgegeben wird und eine Abweichung einer daraus sich ergebenenden Streckenlastdifferenz von einer den Walzen zugeordneten kompensierten Streckenlastdifferenz aufgeteilt wird in Verformungskräfte für die einzelnen Zwischenwalzen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Berechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte die Balkenbiegung der Zwischenwalzen herangezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Be- - 18 -

rechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte Schubverformungen der Zwischenwalzen zusätzlich herangezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei rohrförmigen Zwischenwalzen für eine Berechnung von Sollwerten für die Verformungskräfte eine Schalenbiegung zusätzlich herangezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Schalenschubverformung rohrförmiger Walzen herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Länge der Walzen eine Dicke der Nips gleichmäßig ausgebildet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckenlastprofile zwischen zwei Zwischenwalzen und zwischen einer Zwischenwalze und einer biegungsgesteuerten Walze mit gleicher Form eingestellt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abweichung der Streckenlastdifferenz eingestellt wird, die betragsmäßig der kompensierten Streckenlastdifferenz entspricht zur Ausbildung einer vertikalen Streckenlast-Kennlinie.

11. Vertikaler Mehrwalzen-Kalander zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer oberen biegungssteuerbaren Walze, einer unteren biegungssteuerbaren Walze und mehreren dazwischen angeordneten Zwischenwalzen, die übereinander angeordnet sind und Nips zwischen jeweils zwei Walzen bilden, durch die die Warenbahn läuft, und mindestens die Zwischenwalzen beidseitig Walzenzapfen aufweisen, die in gelenkigen Lagern angeordnet sind, auf die über Druckzylinder Verformungskräfte einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzylinder (13, 14, 15) einzeln steuerbar und für ein Einleiten von Bela- stungs- und Entlastungsdrücken zweiseitig arbeitend ausgelegt sind.