WO2010105859A1 - Walze - Google Patents

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WO2010105859A1
WO2010105859A1 PCT/EP2010/050193 EP2010050193W WO2010105859A1 WO 2010105859 A1 WO2010105859 A1 WO 2010105859A1 EP 2010050193 W EP2010050193 W EP 2010050193W WO 2010105859 A1 WO2010105859 A1 WO 2010105859A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
roller
roller according
support elements
roll
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050193
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ville Hopponen
Juhani Toppari
Pekka Pihola
Original Assignee
Metso Paper, Inc.
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 Metso Paper, Inc. filed Critical Metso Paper, Inc.
Publication of WO2010105859A1 publication Critical patent/WO2010105859A1/de

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    • 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
    • D21G1/022—Controlled deflection rolls with deflection compensation means acting between the roller shell and its supporting member the means using fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C13/00—Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor
    • F16C13/02—Bearings
    • F16C13/022—Bearings supporting a hollow roll mantle rotating with respect to a yoke or axle
    • F16C13/024—Bearings supporting a hollow roll mantle rotating with respect to a yoke or axle adjustable for positioning, e.g. radial movable bearings for controlling the deflection along the length of the roll mantle
    • F16C13/026—Bearings supporting a hollow roll mantle rotating with respect to a yoke or axle adjustable for positioning, e.g. radial movable bearings for controlling the deflection along the length of the roll mantle by fluid pressure
    • F16C13/028—Bearings supporting a hollow roll mantle rotating with respect to a yoke or axle adjustable for positioning, e.g. radial movable bearings for controlling the deflection along the length of the roll mantle by fluid pressure with a plurality of supports along the length of the roll mantle, e.g. hydraulic jacks

Definitions

  • the invention relates to a roller with a rotatable roller shell according to the preamble of patent claim 1.
  • This type of roller is widely used and often referred to as a bending compensating roller.
  • a series of support elements is usually attached to a rigid beam, which surrounds an elastically deformable roll shell.
  • the roll shell is rotatable relative to the beam.
  • the support elements which are arranged opposite the nip or nip on the roll shell inner side, slide on the rotating roll shell on the inside and provide the contact pressure of the roller. Because the support elements can be controlled individually or in groups, the pressure profile in the nip in the cross-machine direction (usually referred to as the CD direction) can be controlled. In this way, in particular in the treatment of sheet-like materials, such as in calenders, targeted compensated thickness differences of the web, overpressing of the web or other adverse effects can be avoided.
  • the support elements are each supplied from the outside with a working fluid under a suitable pressure.
  • a working medium oil is usually used, which is passed through lines with appropriate high-pressure equipment to the individual piston cylinder arrangements of the individual support elements.
  • the individually regulated pressure must be supplied separately to the respective support element.
  • considerable pipe bundle lead into the interior of the roll which, for example, a roll change is very complex, because the extensive control device with the tube bundle must be separated from the roller, since it is usually installed outside the roller.
  • the control device is mounted in the vicinity of at least one of the axial ends of the roller. This increases the size (width) of the machine.
  • the roll shell slides on the support elements.
  • the support elements at their sliding portions for engaging with the roll shell pockets for hydraulic fluid or oil, which is pumped under pressure into the pockets and forms a sliding film between the roll shell and the support member.
  • This plain bearing works on the one hand hydrostatically, ie if the roll shell does not rotate and hydraulic oil is pumped into the pockets of the support elements, the resulting pressure in the pockets raises the roll shell from the frictional engagement with the support element as far as possible. This is important so that no excessive wear occurs when starting the roller here.
  • the support elements may have a more curved shape at its contact surface with the roll shell, as corresponds to the curvature of the roll shell.
  • rollers are also known in which lubrication and slipping are caused by other means, for example, a proposal is made to use plastics to reduce the sliding friction. It is also possible to use rolling elements, but these are of secondary importance at the high roll speeds in paper machines and calenders.
  • the object of the invention is to develop a roller according to the preamble of claim 1 to the effect that a compact design is achieved, which allows a simple roll change.
  • a roll is provided with a rotatable roll shell and a series of support elements which are mounted stationary and rigid within the roll shell. These support elements are controlled individually or in groups controlled by hydraulic working pressure against the roll shell to influence the shape of the roll shell locally.
  • the roll shell may be made of metal or of a composite material, such as fiber or fabric reinforced plastic.
  • Valve means for controlling the hydraulic pressure in the support elements are mounted inside the roller and adjacent to or on the respective support element or group of support elements to be controlled. According to the invention, it is thus provided to install valve devices which set the actual working pressure required in the support elements directly in the vicinity of the support elements, ie in the interior of the roll.
  • control lines are incorporated to the respective valve means in the roll interior.
  • control lines are usually not high-power transmission lines, but transmit control signals with low power, so that the mechanical requirements of these lines and their connection mimic are rather low.
  • a pneumatic control of the valves a type of compressed air connector with a plurality of terminals can be used to connect or disconnect the control lines in the roll interior with the control means outside the roll.
  • electrical control signals are transmitted via cables to the corresponding valve devices, then it is sufficient to have a cable harness which can optionally be separated with a plug or a few plugs. In this way, the roll change can be significantly simplified.
  • a target pressure in a central supply line of the central line In conjunction with the individual controlling valve devices on the support elements, it may therefore be sufficient to set a target pressure in a central supply line of the central line.
  • This central line supplies all the controlling valve devices with a supply pressure, starting from which the actual pressure to be set in the support elements is set by the individual valve devices.
  • the valve devices are simple on / off valves, ie shut-off valves which release or interrupt a passage to the associated support element cylinder. These valves are preferably electrically driven.
  • a single common supply line or central line may be laid in the roller, starting from this supply line to each support element cylinder leads a line which is equipped with such a shut-off valve.
  • the central line is with a digital hydraulic pressure regulator connected, which can set the pressure in the central line with a very short response time.
  • shut-off valves used herein allows multiplexing, i. Switching through the support elements to adjust the pressure in the individual support element cylinders suitable. The procedure is such that the shut-off valve is opened to a cylinder whose pressure is to be adjusted, while the digital-hydraulic regulator adjusts the pressure in the central line appropriately. Then the shut-off valve of the cylinder is closed and held there the pressure at the desired value, because in contrast to conventional movable control valves, such a shut-off valve can close the piston cylinder assembly of the associated support member tight.
  • next support cylinder i. the pressure to be set in this cylinder is adjusted by the digital hydraulic pressure regulator in the central line and introduced from the central line and through the now open shut-off valve into the corresponding next support element cylinder. Then the cylinder is closed by the shut-off valve.
  • the pressure to be set in this cylinder is adjusted by the digital hydraulic pressure regulator in the central line and introduced from the central line and through the now open shut-off valve into the corresponding next support element cylinder. Then the cylinder is closed by the shut-off valve.
  • the individual support elements with the aid of the fast digital hydraulic pressure regulator and the series of shut-off valves, i. multiplex, so as to set the desired pressures in all the support elements in a kind of scanning procedure.
  • This pressure regulator comprises a series of shut-off valves arranged in parallel, each allowing a different volume flow when passing through Release are switched.
  • the valves arranged in parallel have an ascending flow characteristic, ie within the series of parallel valves, the flow increases from one valve to the next; preferably always by a factor of 2, so that even with eight valves, for example, a very wide control range can be achieved.
  • a computer associated with these valves now adjusts an analog control curve or flow curve of a controller by means of corresponding short digital flow bars, so that a quasi-analogue behavior of this controller can be achieved by switching individual valves in the valve series on and off.
  • the roller may additionally have a movable beam, ie, a supporting the supporting elements rigid beam, which traverses the roller interior in the axial direction, is arranged adjustable at its two ends by a respective piston-cylinder arrangement with respect to a nip.
  • a movable beam ie, a supporting the supporting elements rigid beam, which traverses the roller interior in the axial direction, is arranged adjustable at its two ends by a respective piston-cylinder arrangement with respect to a nip.
  • each of these piston-cylinder assemblies is associated with a digital hydraulic pressure regulator that exhibits fast and precise response.
  • a normally closed shut-off valve is arranged in a line interconnecting the two cylinder chambers of these two piston-cylinder arrangements and serves as one
  • This valve opens and equalizes the pressure between the two cylinders if there are any irregularities or discrepancies in the digital hydraulic controllers or any of them. In this way it can be prevented that an enforced oblique position of the roller is enforced, which can then lead to damage of the rollers.
  • Figure 1 shows a schematic section of a roll designed according to the invention in section.
  • Fig. 2 is a diagram for explaining a second embodiment with a multiplex circuit
  • Fig. 3 is a schematic development with a safety circuit for a roller, which is additionally provided with digital hydraulic pressure cylinders.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the roller 1 according to the invention in section.
  • the roll 1 has a roll shell 11, which is rotatably supported by a bearing 17 with respect to a beam 16.
  • This roll shell 11 is rotatably driven (drive not shown) and rotates relative to the stationary beam 16.
  • Support elements 12 slide on the inside of the shell of the shell 11 and press with the aid of hydraulic working pressure the roll shell 11 locally in Fig. 1 up against a counter-roller, not shown here. In this way, by individual control of the support elements 12 of the roll shell 11 are locally deformed so that a certain pressure profile in the cross machine direction in the nip with the counter roll (not shown) can be achieved.
  • a central line 14 supplies a working fluid under a predetermined pressure.
  • each support member 12 is associated with an individual control valve 13 which is mounted within the roller 1 and at or in the vicinity of the support member 12.
  • Control lines 15 output control signals to the individual control valves 13.
  • control lines 15, which are shown here only schematically, may also be multiple lines, in particular electrical lines, which are connected to a provided on the individual support member 12 pressure sensor (not shown) to detect the cylinder pressure of the respective support member 12 and to a not shown controller, which outputs the corresponding control signal to the control valve 13, forward.
  • the number of actual pressurized working fluid lines can be significantly reduced, i. usually one or two lines are sufficient if backflow is provided.
  • the support elements 12 shown in Fig. 1 have at their end faces, with which they rest against the roll shell 11, hydraulic pockets (not shown) formed in the one Part of the funded by the supply line 14 working fluid from the individual cylinder can escape to form a hydrostatic / hydrodynamic bearing on each support member 12 with respect to the roll shell 11. It is possible to promote oil from the cylinder directly into the hydraulic pockets without additional regulator merely via a capillary opening, so that here adjusts a self-regulating hydrodynamic / hydrostatic bearing, which, if the contact pressure of the roller is to be increased, at the same time more working fluid contains.
  • the control valves 13 shown in Fig. 1 may be conventional in nature, wherein the control lines 15 can transmit electrical or pneumatic signals in order to control the control valves 13.
  • Fig. 2 shows a highly schematic of an alternative arrangement of the support elements and their valves in a roll which is constructed similar to the roll 1.
  • the support elements 22, the leads 24, the valves 23 and a line 21 and a digital pressure regulator 3 are shown.
  • a multiplex method is to be explained with reference to FIG. 2, with which the pressure in the individual support elements 22a, 22b, etc. can be adjusted with little effort by working with the valves 23a, 23b to 23m.
  • the pressure in the support element 22a is set.
  • the line 24a is connected to the line 21 by valve 23a opens.
  • the digital pressure regulator 3 adjusts the target pressure for the support member 22a in the conduit 21. Since the valves 23a to 23m are merely shut-off valves which open or close a passage, the pressure present in the passage 21 is also established in the cylinder of the support member 22a when the valve 23a is open. Thereafter, the valve 23 a is closed and the line 24 a is disconnected from the line 21.
  • the pressure in the support member 22b is adjusted by opening the valve 23b and connecting the pipe 24b to the pipe 21.
  • the digital pressure regulator 3 now sets the cylinder pressure set in the line 21 for the support element 22b, and from this, the pressure in the cylinder of the support element 22b is adjusted accordingly.
  • the valve 23b is closed again and the process is repeated for the next support member until the whole row is clocked through. Then, the scanning or multiplexing process starts again with support member 22a.
  • Fig. 3 shows a safety device which can be used together with a roller 1 of the type described.
  • the roller 1 is, as shown in Fig. 3, arranged displaceably or liftably by means of two hydraulic cylinders 31 and 32, and can be moved in this way to a counter-roller (not shown) towards or away.
  • a counter-roller not shown
  • two digital-hydraulic regulators 33 and 34 are provided, each of which is associated with a cylinder 31, 32.
  • the connection is made with individual lines 36 and 37.
  • a pressure supply 38 provides a sufficient system pressure, which is then set by the digital hydraulic controls 33 and 34 in the cylinders 31 and 32 to match the setpoint.
  • a safety valve 35 is mounted between the two otherwise independently operating digital hydraulic controllers 33 and 34.
  • the invention can also be used with rollers which have other, deformable under internal pressure elements in place of the piston / cylinder assemblies.
  • These elements may be cushions, bags or tubes arranged between a beam or roller core.
  • rolls may be used which have ring-shaped or helical metal strip arranged on a bar, which are tightly welded at the edge.
  • the thus formed annular or helical chambers can be expanded by increasing the internal pressure and press radially from the inside against a roll shell.
  • the chambers form the support elements mentioned in the claims, which are acted upon accordingly by working pressure.
  • These chambers may be provided on their radially outer surfaces with sliding means e.g. Bearings etc. be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze (1) mit einem drehbaren Walzenmantel (11) und einer Reihe Stützelemente (12), die stationär und biegesteif innerhalb des Walzenmantels angebracht sind. Die Stützelemente sind einzeln oder gruppenweise gesteuert mittels hydraulischem Arbeitsdruck gegen den Walzenmantel vorspannbar, um dessen Form örtlich zu beeinflussen. Weiterhin sind Ventileinrichtungen (13) zur Steuerung des hydraulischen Drucks in den Stützelementen sowohl in der Walze als auch benachbart zu oder an dem jeweils zu steuernden Stützelement oder der Gruppe der jeweils zu steuernden Stützelemente angebracht.

Description

WALZE
Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem drehbaren Walzenmantel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Diese Walzenart wird verbreitet eingesetzt und häufig auch als Biegeausgleichswalze bezeichnet. Bei dieser Walze ist in der Regel eine Reihe von Stützelementen an einem biegesteifen Balken angebracht, den ein elastisch verformbarer Walzenmantel umgibt. Der Walzenmantel ist relativ zu dem Balken drehbar. Die Stützelemente, die in Gegenüberlage zu dem Walzenspalt oder Nip auf der Walzenmantelinnenseite angeordnet sind, gleiten an dem drehenden Walzenmantel auf der Innenseite ab und stellen die Anpresskraft der Walze zur Verfügung. Dadurch, dass die Stützelemente einzeln oder in Gruppen steuerbar sind, kann der Druckverlauf im Nip in Maschinenquerrichtung (üblicherweise als CD-Richtung bezeichnet) gesteuert werden. Auf diese Weise können insbesondere bei der Behandlung bahnförmiger Materialien, wie beispielsweise in Kalandern, gezielt Dickeunterschiede der Bahn ausgeglichen, ein Überpressen der Bahn oder andere nachteilige Effekte vermieden werden.
In einer herkömmlichen Konstruktion, wie sie beispielsweise in der gattungsgemäßen DE 102 39 097 Al beschrieben ist, werden die Stützelemente jeweils von außen mit einem Arbeitsmedium unter geeignetem Druck versorgt. Als Arbeitsmedium kommt in der Regel Öl zur Anwendung, das durch Leitungen mit entsprechender Hochdruckausrüstung zu den individuellen Kolbenzylinderanordnungen der einzelnen Stützelemente geleitet wird. Um nun den Druck im Walzenspalt entsprechend einstellen zu können, muss der jeweils individuell geregelte Druck dem jeweiligen Stützelement separat zugeführt werden. Dies bedeutet, dass beachtliche Rohrleitungsbündel in das Walzeninnere führen, wodurch beispielsweise ein Walzenwechsel sehr aufwändig wird, denn die umfangreiche Regelungseinrichtung mit dem Rohrbündel muss von der Walze getrennt werden, da sie in der Regel außerhalb der Walze verbaut ist. Zudem ist, um die Leitungslänge gering zu halten, die Regeleinrichtung in der Nähe wenigstens eines der Axialenden der Walze angebracht. Dies vergrößert die Baugröße (Breite) der Maschine .
Wie eingangs erwähnt, gleitet der Walzenmantel auf den Stützelementen ab. Üblicherweise haben die Stützelemente an ihren Gleitabschnitten zur Anlage mit dem Walzenmantel Taschen für Hydraulikflüssigkeit oder Öl, das unter Druck in die Taschen gepumpt wird und einen Gleitfilm zwischen dem Walzenmantel und dem Stützelement ausbildet. Dieses Gleitlager arbeitet einerseits hydrostatisch, d.h. wenn der Walzenmantel nicht dreht und Hydrauliköl in die Taschen der Stützelemente gepumpt wird, hebt der entstehende Druck in den Taschen den Walzenmantel aus dem Reibeingriff mit dem Stützelement weitestgehend ab. Dies ist wichtig, damit beim Anfahren der Walze hier kein übermäßiger Verschleiß auftritt. Ferner können die Stützelemente an ihrer Anlagefläche mit dem Walzenmantel eine stärker gekrümmte Form haben, als der Krümmung des Walzenmantels entspricht. Auf diese Weise bildet sich ein Strömungskeil aufgestauten Öls, d.h. das Lager wirkt dann andererseits hydrodynamisch. Es sind auch Walzen bekannt, bei denen die Schmierung und das Abgleiten durch andere Mittel hervorgerufen wird, so ist beispielsweise ein Vorschlag bekannt, Kunststoffe einzusetzen, um die Gleitreibung zu vermindern. Es können auch wälzende Elemente verwendet werden, die sind jedoch bei den hohen Walzengeschwindigkeiten in Papiermaschinen und Kalandern von eher untergeordneter Bedeutung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Walze gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, dass eine kompakte Bauweise erreicht wird, die einen einfachen Walzenwechsel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Walze mit einem drehbaren Walzenmantel und einer Reihe von Stützelementen vorgesehen, die stationär und biegesteif innerhalb des Walzenmantels angebracht sind. Diese Stützelemente sind einzeln oder gruppenweise gesteuert mittels hydraulischem Arbeitsdruck gegen den Walzenmantel vorspannbar, um die Form des Walzenmantels örtlich zu beeinflussen. Der Walzenmantel kann aus Metall oder aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise faser- oder gewebeverstärktem Kunststoff, bestehen. Ventileinrichtungen zur Steuerung des hydraulischen Drucks in den Stützelementen sind innerhalb der Walze und benachbart zu oder an dem jeweils zu steuernden Stützelement bzw. der Gruppe der zu steuernden Stützelemente angebracht. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, Ventileinrichtungen, die den tatsächlich in den Stützelementen erforderlichen Arbeitsdruck einstellen, unmittelbar in der Nähe der Stützelemente, also im Walzeninneren, anzubringen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass mit einer oder wenigen Versorgungsleitungen, die in das Walzeninnere führen, ein Betrieb der Walze möglich ist. Wird diese Walze ausgewechselt, genügt es, die Versorgungsleitung oder Versorgungsleitungen zu trennen, deren Anzahl erheblich geringer sein kann als die Anzahl der Stützelemente.
Vorzugsweise sind Steuerleitungen zu den jeweiligen Ventileinrichtungen in das Walzeninnere eingebaut. Die Steuerleitungen sind aber in der Regel keine hochleistungsübertragenden Leitungen, sondern übertragen Steuersignale mit geringer Leistung, so dass die mechanischen Anforderungen an diese Leitungen und deren Anschlussmimik eher gering sind. Wird beispielsweise eine pneumatische Steuerung der Ventile verwendet, so kann eine Art Druckluftstecker mit einer Vielzahl von Anschlüssen verwendet werden, um die Steuerleitungen im Walzeninneren mit den Steuereinrichtungen außerhalb der Walze zu verbinden bzw. davon zu trennen. Werden elektrische Steuersignale über Kabel an die entsprechenden Ventileinrichtungen übertragen, so genügt ein Kabelstrang, der gegebenenfalls mit einem Stecker oder wenigen Steckern trennbar ist. Auf diese Weise lässt sich der Walzenwechsel deutlich vereinfachen.
In Verbindung mit den individuellen steuernden Ventileinrichtungen an den Stützelementen kann es also genügen, in einer zentralen Versorgungsleitung der Zentralleitung, einen Solldruck einzustellen. Diese Zentralleitung versorgt alle steuernden Ventileinrichtungen mit einem Versorgungsdruck, von dem ausgehend der tatsächlich in den Stützelementen einzustellende Druck von den individuellen Ventileinrichtungen eingestellt wird. In einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ventileinrichtungen einfache on/off Ventile, d.h. Absperrventile, die einen Durchlass zu dem zugeordneten Stützelementzylinder freigeben oder unterbrechen. Diese Ventile sind vorzugsweise elektrisch angetrieben. Bei dieser Anordnung kann eine einzige gemeinsame Versorgungsleitung oder Zentralleitung in der Walze verlegt sein, wobei ausgehend von dieser Versorgungsleitung zu jedem Stützelementzylinder eine Leitung führt, die mit einem solchen Abschaltventil ausgerüstet ist. Die Zentralleitung ist mit einem digitalhydraulischen Druckregler verbunden, der mit sehr kurzer Ansprechzeit den Druck in der Zentralleitung einstellen kann.
Die hier verwendete Technik der Abschaltventile gestattet ein Multiplexen, d.h. Durchschalten der Stützelemente, um den Druck in den individuellen Stützelementzylindern passend einzustellen. Dabei wird so vorgegangen, dass das Abschaltventil zu einem Zylinder, dessen Druck einzustellen ist, geöffnet wird, während der digitalhydraulische Regler den Druck in der Zentralleitung passend einstellt. Dann wird das Abschaltventil des Zylinders geschlossen und dort der Druck auf dem gewünschten Wert gehalten, denn im Unterschied zu üblichen beweglichen Regelventilen kann ein solches Abschaltventil die Kolbenzylinderanordnung des zugeordneten Stützelements dicht abschließen.
Nun wird zum nächsten Stützelementzylinder geschaltet, d.h. der in diesem Zylinder einzustellende Druck wird von dem digitalhydraulischen Druckregler in der Zentralleitung eingestellt und aus der Zentralleitung und durch das nun geöffnete Abschaltventil in den entsprechenden nächsten Stützelementzylinder eingeführt. Dann wird der Zylinder durch das Abschaltventil verschlossen. Auf diese Weise kann man mit Hilfe des schnellen digitalhydraulischen Druckreglers und der Reihe von Abschaltventilen die einzelnen Stützelemente durchschalten, d.h. multiplexen, um so auf eine Art Abtastvorgehensweise die gewünschten Drücke in allen Stützelementen einzustellen.
Der zuvor als digitalhydraulischer Druckregler beschriebene Apparat lässt sich kurz zusammengefasst wie folgt beschreiben. Dieser Druckregler umfasst eine Reihe parallel angeordneter Abschaltventile, die jeweils einen voneinander verschiedenen Volumenstrom durchlassen, wenn sie auf Freigabe geschaltet sind. Die parallel angeordneten Ventile haben eine aufsteigende Durchflusscharakteristik, d.h. innerhalb der Reihe der parallel angeordneten Ventile nimmt der Durchfluss von einem Ventil zum nächsten hin zu; vorzugsweise stets um den Faktor 2, so dass schon mit acht Ventilen beispielsweise eine sehr große Regelbreite erreicht werden kann. Ein diesen Ventilen zugeordneter Rechner stellt eine analoge Regelkurve oder Durchflusskurve eines Reglers nun durch entsprechende kurze digitale Durchflussbalken nach, so dass durch Ein- und Ausschalten einzelner Ventile in der Ventilreihe ein quasi analoges Verhalten dieses Reglers erreicht werden kann. Geeignete Modellbildung in dem Rechner vorausgesetzt, lässt sich mit einem solchen digitalhydraulischen Regler ein gewünschter Druck sehr schnell und nahezu überschwingungsfrei anfahren. Diese Erkenntnis nutzend, ist das Multiplexen der Reihe von Stützelementen, wie dies zuvor beschrieben wurde, möglich, wodurch der Aufbau des Walzeninneren erheblich vereinfacht ist .
Zudem wird durch diese digitalhydraulischen Regler vorzugsweise in Verbindung mit der Multiplex Vorgehensweise eine ganz erhebliche Energieeinsparung erzielt, weil so gut wie keine Leckraten an irgendwelchen Regelventilen auftreten, die bei herkömmlichen Steuerventilen schon allein durch die geforderte Beweglichkeit von Steuerkörpern etc. zwingend auftreten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Walze zusätzlich einen beweglichen Balken haben, d.h. ein die Stützelemente tragender biegesteifer Balken, der das Walzeninnere in Axialrichtung durchquert, ist an seinen beiden Enden von jeweils einer Kolbenzylinderanordnung bezüglich eines Nips verstellbar angeordnet. Durch separate Ansteuerung dieser beiden Kolbenzylinderanordnungen kann ein Druckverlauf im Nip in Maschinenquerrichtung beeinflusst werden. Vorzugsweise ist jeder dieser Kolbenzylinderanordnungen ein digitalhydraulischer Druckregler zugeordnet, der ein schnelles und präzises Ansprechverhalten zeigt. Ein normal geschlossenes Abschaltventil ist in einer die beiden Zylinderräume dieser beiden Kolbenzylinderanordnungen miteinander verbindenden Leitung angeordnet und dient als eine
Sicherungseinrichtung. Dieses Ventil wird geöffnet und gleicht den Druck zwischen beiden Zylindern aus, falls es in den digitalhydraulischen Reglern oder in einem davon zu Unregelmäßigkeiten oder Abweichungen kommt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass gewaltsam eine Schrägstellung der Walze erzwungen wird, die dann zur Beschädigung der Walzen führen kann.
Zuvor wurden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung im Einzelnen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen schematisierten Abschnitt einer erfindungsgemäß gestalteten Walze im Schnitt dargestellt;
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einer multiplexen Schaltung; und
Fig. 3 eine schematisierte Weiterbildung mit einer Sicherheitsschaltung für eine Walze, die zusätzlich mit digitalhydraulischen Andruckzylindern versehen ist.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Walze 1 im Schnitt. Die Walze 1 hat einen Walzenmantel 11, der über ein Lager 17 gegenüber einem Balken 16 drehbar gelagert ist. Dieser Walzenmantel 11 ist drehend angetrieben (Antrieb nicht gezeigt) und dreht gegenüber dem feststehenden Balken 16. Stützelemente 12 gleiten auf der Mantelinnenseite des Mantels 11 ab und drücken dabei mit Hilfe hydraulischen Arbeitsdrucks den Walzenmantel 11 örtlich in Fig. 1 nach oben gegen eine hier nicht gezeigte Gegenwalze. Auf diese Weise kann durch individuelle Steuerung der Stützelemente 12 der Walzenmantel 11 örtlich so verformt werden, dass ein bestimmtes Druckprofil in Maschinenquerrichtung im Nip mit der Gegenwalze (nicht gezeigt) erreicht werden kann.
Hier ist vorgesehen, dass eine Zentralleitung 14 ein Arbeitsfluid unter einem vorgegebenen Druck liefert. In Fig. 1 ist jedem Stützelement 12 ein individuelles Regelventil 13 zugeordnet, das innerhalb der Walze 1 und an oder in der Nähe von dem Stützelement 12 angebracht ist. Steuerleitungen 15 geben Steuersignale an die einzelnen Regelventile 13 ab.
Die Steuerleitungen 15, die hier nur schematisch dargestellt sind, können auch mehrfache Leitungen, insbesondere elektrische Leitungen sein, die mit einem an dem individuellen Stützelement 12 vorgesehenen Druckaufnehmer (nicht gezeigt) verbunden sind, um den Zylinderdruck des jeweiligen Stützelements 12 zu erfassen und an einen nicht gezeigten Regler, der das entsprechende Steuersignal an das Regelventil 13 herausgibt, weiterzuleiten. Auf die hier gezeigte Weise lässt sich die Anzahl tatsächlich druckführender Arbeitsfluidleitungen deutlich vermindern, d.h. hier genügt in der Regel eine bzw. zwei Leitungen, wenn ein Rückfluss vorgesehen ist.
Die in Fig. 1 gezeigten Stützelemente 12 haben an ihren Stirnseiten, mit denen sie am Walzenmantel 11 anliegen, Hydrauliktaschen (nicht gezeigt) ausgebildet, in die ein Teil des durch die Versorgungsleitung 14 geförderten Arbeitsfluids aus dem individuellen Zylinder entweichen kann, um ein hydrostatisches/hydrodynamisches Lager an jedem Stützelement 12 bzgl. des Walzenmantels 11 auszubilden. Es ist möglich, ohne zusätzlichen Regler lediglich über eine kapillare Öffnung Öl aus dem Zylinder unmittelbar in die Hydrauliktaschen zu fördern, so dass sich hier ein selbstregelndes hydrodynamisches/ hydrostatisches Lager einstellt, das, wenn der Anpressdruck der Walze erhöht werden soll, auch gleichzeitig mehr Arbeitsfluid enthält. Die in Fig. 1 gezeigten Regelventile 13 können herkömmlicher Art sein, wobei die Steuerleitungen 15 elektrische oder auch pneumatische Signale übertragen können, um damit die Regelventile 13 zu steuern.
Fig. 2 zeigt stark schematisiert eine alternative Anordnung der Stützelemente und ihrer Ventile in einer Walze, die ähnlich der Walze 1 aufgebaut ist. Hier sind lediglich die Stützelemente 22, die Zuleitungen 24, die Ventile 23 sowie eine Leitung 21 und ein Digitaldruckregler 3 gezeigt.
Anhand der Fig. 2 soll ein Multiplexverfahren erläutert werden, mit dem mit geringem Aufwand der Druck in den individuellen Stützelementen 22a, 22b, usw. eingestellt werden kann, indem mit den Ventilen 23a, 23b bis 23m gearbeitet wird. Bei dieser Vorgehensweise wird beispielsweise zunächst der Druck im Stützelement 22a eingestellt. Dazu wird die Leitung 24a mit der Leitung 21 verbunden, indem Ventil 23a öffnet. Der Digitaldruckregler 3 stellt den Solldruck für das Stützelement 22a in der Leitung 21 ein. Nachdem die Ventile 23a bis 23m lediglich Abschaltventile sind, die einen Durchlass freigeben oder verschließen, stellt sich der in der Leitung 21 vorliegende Druck auch im Zylinder des Stützelements 22a ein, wenn Ventil 23a offen ist. Daraufhin wird das Ventil 23a geschlossen und die Leitung 24a ist von der Leitung 21 getrennt. Im nächsten Schritt wird der Druck im Stützelement 22b eingestellt, indem das Ventil 23b öffnet und die Leitung 24b mit der Leitung 21 verbunden wird. Der Digitaldruckregler 3 stellt nun den für das Stützelement 22b festgelegten Zylinderdruck in der Leitung 21 ein, und von dieser ausgehend wird der Druck im Zylinder des Stützelements 22b entsprechend angepasst. Dann wird das Ventil 23b wieder geschlossen und der Vorgang wird für das nächste Stützelement wiederholt, bis die ganze Reihe durchgetaktet ist. Dann beginnt der Abtast- oder Multiplexvorgang erneut mit Stützelement 22a.
Diese multiplexe Vorgehensweise, d.h. das einzelne schrittweise Abgehen der Stützelemente 22a, 22b bis 22m, um dort den gewünschten Andruck einzustellen, vereinfacht den Aufbau der Walze ganz erheblich. Nachdem der Digitalhydraulikregler 3 ein sehr schnelles Ansprechverhalten zeigen kann, ist ein rasches Abtasten oder Multiplexen der einzelnen Stützelemente 22 innerhalb kürzester Zeit möglich. Zudem sind oft nur geringfügige Änderungen des Drucks von einem Stützelement zum nächsten erforderlich, die der Digitalhydraulikregler aufgrund seines geringen Überschwingverhaltens punktgenau und rasch einstellen kann.
Im vorliegenden Fall wurde anhand der Fig. 2 ein Multiplexen aller einzelnen Stützelemente 22a bis 22m erläutert. Es ist aber auch genauso gut möglich, einzelne Gruppen zusammenzufassen, und diese gemeinsam zu steuern, indem man die zugehörigen Abschaltventile 23 einer Gruppe gleichzeitig öffnet bzw. schließt. In der Anordnung gemäß Fig. 2 ist es von Vorteil, wenn die Stützelemente 22 über ein fremdgeschmiertes Gleitlager zum Walzenmantel verfügen. Dies kann durch getrenntes Zuführen von Arbeitsfluid/Schmiermittel oder auch durch geeignete tribologische Materialwahl und Permanentschmierung erreicht werden .
Fig. 3 zeigt eine Sicherheitseinrichtung, die mit einer Walze 1 der beschriebenen Art zusammen verwendet werden kann. Die Walze 1 ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, mittels zweier Hydraulikzylinder 31 und 32 verschiebbar oder anhebbar angeordnet, und kann auf diese Weise zu einer Gegenwalze (nicht gezeigt) hin oder davon weggefahren werden. Eine solche Anordnung gestattet es, den Walzenspalt zu öffnen.
Nachdem die Hydraulikzylinder 31 und 32 den Balken 39 der Walze 1 halten, haben diese zwingend ebenfalls einen Einfluss auf das Druckprofil in Maschinenquerrichtung im Walzenspalt. Um hier eine präzise Steuerung von Druck und Lage zu erreichen, sind gemäß Fig. 3 zwei digitalhydraulische Regler 33 und 34 vorgesehen, von denen jeder einem Zylinder 31, 32 zugeordnet ist. Die Verbindung erfolgt mit individuellen Leitungen 36 und 37. Eine Druckversorgung 38 stellt einen hinreichenden Systemdruck zur Verfügung, der dann von den digitalhydraulischen Reglern 33 und 34 in den Zylindern 31 und 32 passend auf den Sollwert eingestellt wird. Ein Sicherheitsventil 35 ist zwischen den beiden ansonsten unabhängig voneinander arbeitenden digitalhydraulischen Reglern 33 und 34 angebracht .
Für den Fall, dass einer der digitalhydraulischen Regler 33, 34 Ausfälle oder eine fehlerhafte Arbeitsweise zeigt, ist vorgesehen, das Ventil 35 zu öffnen und dadurch die beiden Zylinder 31 und 32 miteinander kurzzuschließen. Auf diese Weise wird eine gewaltsame Schräglage der Walze, die auch zur Zerstörung des Walzenmantels führen könnte, sicher vermieden. Für die Walze 1 kann sowohl eine Walze nach Fig. 1 als auch eine Walze nach Fig. 2 verwendet werden.
Die Erfindung ist auch bei Walzen verwendbar, die an Stelle der Kolben/Zylinderanordnungen andere, unter Innendruck verformbare Elemente haben. Diese Elemente können zwischen einem Balken oder Walzenkern angeordnete Kissen, Taschen oder Schläuche sein. Insbesondere können Walzen verwendet werden, die ring- oder schraubenförmige, auf einem Balken angeordnete Blechstreifen haben, die randseitig dicht verschweißt sind. Die so gebildeten ring- oder schraubenförmigen Kammern können durch Anhebung des Innendrucks ausgedehnt werden und drücken radial von innen gegen einen Walzenmantel. Die Kammern bilden die in den Ansprüchen genannten Stützelemente, die entsprechend mit Arbeitsdruck beaufschlagt werden.
Diese Kammern können an ihren radial außenliegenden Flächen mit Gleiteinrichtungen z.B. Lagern etc. versehen sein.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Walze (1) mit einem drehbaren Walzenmantel (11) und einer Reihe Stützelemente (12; 22), die stationär und biegesteif innerhalb des Walzenmantels (11) angebracht sind und einzeln oder gruppenweise gesteuert mittels hydraulischem Arbeitsdruck gegen den Walzenmantel (11) vorspannbar sind, um dessen Form örtlich zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass Ventileinrichtungen (13; 23) zur Steuerung des hydraulischen Drucks in den Stützelementen (12; 22) sowohl in der Walze (1) als auch benachbart zu oder an dem jeweils zu steuernden Stützelement (12; 22) oder der Gruppe der jeweils zu steuernden Stützelemente (12; 22) angebracht sind.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (13) in der Walze (1) mit Steuersignalleitungen (15) zur Übertragung von Steuersignalen für die Ventileinrichtungen (13) verbunden sind, das von dem hydraulischen Arbeitsdruck verschieden ist .
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (3) zur Abgabe von Steuersignalen außerhalb der Walze (1) angeordnet ist.
4. Walze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine innerhalb der Walze (1) verlaufende, gemeinsame Zentralleitung (14; 21) zur Zufuhr von Arbeitsfluid zu den Ventileinrichtungen (13; 23) vorgesehen ist.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralleitung (14; 21) mit einer Druckregeleinrichtung (3) versehen ist, um in der Zentralleitung (14; 21) einen Solldruck einzustellen.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (23) Abstellventile sind, die wahlweise öffnen oder schließen, um in dem zugeordneten Stützelement (22) oder der zugeordneten Stützelementgruppe den in der Zentralleitung (21) vorliegenden Druck einzustellen.
7. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinrichtung (3) ein digitalhydraulischer Druckregler ist, der den Arbeitsfluiddruck in der Zentralleitung (21) regelt.
8. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (23) elektrisch schaltbare Ventile sind.
9. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (13) proportionale Regelventile sind, die mit der Zentralleitung (14) verbunden und von dieser mit Arbeitsfluid versorgt sind, wobei der Arbeitsdruck in dem nachgeordneten Stützelement (12) oder der Gruppe von Stützelementen (12) von den Regelventilen (13) proportional zu den Steuersignalen geregelt ist.
10. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale elektrische Ströme und/oder pneumatische Drücke sind.
11. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (12; 22) zur Anlage und zum gleitenden Eingriff mit der Mantelinnenseite ein hydrostatisches und/oder hydrodynamisches Lager haben, das mit Arbeitsfluid gefüllte Lagertaschen hat.
12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische und/oder hydrodynamische Lager mit der Hydraulik des Stützelements (12) verbunden ist und von diesem mit Arbeitsfluid versorgt wird.
13. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (12; 22) zur Anlage und zum gleitenden Eingriff mit der Mantelinnenseite ein fremdgeschmiertes Gleitlager haben.
14. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (12; 22) jeweils eine Kolben/Zylinderanordnung haben und dass die Ventileinrichtungen (13; 23) direkt am Zylinder angebracht sind.
15. Walze nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinderanordnung eine einzige Ventileinrichtung (23) hat, an die der Zylinderraum angeschlossen ist.
16. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (12) an einem biegesteifen, sich axial durch das Walzeninnere erstreckenden Balken (16) ausgebildet sind, der in seinem Inneren die Zentralleitung (14) und die Steuersignalleitungen (15) aufnimmt und der den Walzenmantel (11) drehbar abstützt.
17. Walze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken
(39) an seinen beiden axialen Endabschnitten von jeweils einer Kolben/Zylinderanordnung (31, 32) bezüglich eines Nips verstellbar angeordnet ist, wobei die beiden Zylinder dieser Anordnungen mittels eines separat schaltbaren Absperrventils (35) wahlweise miteinander verbindbar sind.
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