Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem um einen drehfesten Träger rotierbaren und gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stützelement abgestützten Walzenmantel und wenigstens einer Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Walzenmantels.

Solche Walzen werden vorzugsweise zur Oberflächen¬ behandlung von Warenbahnen, insbesondere Faserstoff- material, z.B. Papier, Pappe, Non-wovens, Textil oder Kunststoff unter gleichzeitiger Druck- und Temperatur¬ einwirkung verwendet. Eine besonders geeignete Verwendung ist die Glättung von Papierbahnen in Glättwerken oder Kalandern, wobei durch eine erhöhte Temperatur die Papierfasern leichter verformbar werden und unter Druckeinwirkung ein Gl tt- und Glanzeffekt auf der Papieroberfläche erreichbar wird.

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Durchbiegungsausgleichswalzen, bei denen der rotierende Walzenmantel gegenüber dem Träger mit wenigstens einem Stützelement abgestützt ist, beispielsweise mit wenigstens einer Druckkammer oder einer Reihe von hydraulischen oder anderen Stützelementen, haben sich als besonders geeignet erwiesen, eine gleichförmige oder mit einem gewünschten Profil einwirkende Anpresskraft und einen gleichförmigen oder mit einem gewünschten Profil wirkenden Wärmeübergang von der Walzenoberfläche auf die Warenbahn zu erreichen.

Dies ist insbesondere bei grossen Walzenbreiten bis in den Bereich von 10 m, wie sie bei Papiermaschinen üblich sind, von Vorteil.

Stand der Technik

Beheizbare Durchbiegungsausgleichswalzen der eingangs genannten Art sind z.B. aus der US-A-4 282 638 bekannt. Bei diesen sind seitlich am Träger Düsen vorgesehen, aus welchen heisses Wärmeträgermedium auf die Walzenmantel-Innenεeite gesprüht und der Walzenmantel dabei mittels Prallströmheizung aufgeheizt wird.

Aus der CH-A-577 598 oder US-A-4 282 639 sind andererseits Durchbiegungsausgleichswalzen mit einer Reihe von hydrostatischen Stützelementen bekannt, deren Lagerfläche Lagertaschen aufweist, die über einen Druckraum von Bohrungen im Träger mit einem erhitzten Hydraulikmedium versorgt werden. Dabei wird die Innenseite des Walzenmantels durch das heisse Hydraulikmittel auf eine vorgesehene Temperatur aufgeheizt.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Walzen, dass die Aufheizdauer der Walze auf die erforderliche Betriebstemperatur beim Anlauf des Glättwerkes oder Kalanders vielfach zu lang ist und teilweise mehrere Stunden benötigt. Ausserdem treten in der Anlauf- oder ^" Aufheizphase üngleichmässigkeiten auf, welche zum Platzen des Walzenmantels führen können und bisher nicht beseitigt werden konnten.

Weiterhin ist nachteilig, . dass die mit diesen Walzen erzielbare Behandlungstemperatur an der Aussen- oberflache der Walze begrenzt ist, da die im Walzen¬ inneren erforderlichen Komponenten und das Heizöl nur bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze brauchbar sind. Zudem sind bei solchen Walzen die Energieverluste recht erheblich.

Statt die Walze von innen zu beheizen, wurde z.B. in der WO-A-85/01532 vorgeschlagen, eine auf die Aussen- oberflache einwirkende Aussenheizung vorzusehen.- Hierbei treten ebenfalls Üngleichmässigkeiten auf, welche zur Zerstörung des Walzenmantels beim Aufheizen führen können. Besonders empfindlich haben sich hier die in Glättwerken und Kalandern gebräuchlichen Walzen mit Hartgussmänteln erwiesen, bei denen die Aussenhaut sich bereits in einem bestimmten Spannungszustand befindet. Da die Aufheizung von aussen in der Regel kurz vor dem Pressspalt erfolgt, treten sowohl beim Aufheizen mit langsamerer. Drehzahl als auch im Betrieb mit höherer Drehzahl über den Walzenmantelumfang Temperatur- Schwankungen auf, die zu einer nachteiligen Temperaturwechselbeanspruchung führen und ebenfalls erhebliche Energieverluste zur Folge haben.

Analoge Nachteile treten auf, wenn das Glättwerk abgestellt und die Walzen beispielsweise zwecks Austausch oder Nachbearbeitung abgekühlt werden müssen. Auch hierfür ist eine erhebliche Zeit erforderlich und es besteht die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Walzenmantels bei Einwirkung eines Kühlmittels von innen oder von aussen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu eliminieren und insbesondere eine Walze der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Walze zu schaffen, bei welcher die Aufheizzeiten und Abkühlungszeiten verkürzt sind, bei dem die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Walzenmantels beim Aufheizen, während des Betriebes und beim Abkühlen vermindert ist, bei dem sich eine höhere Behandlungstemperatur der Warenbahn erreichen lässt, und bei dem die Energieverluste herabgesetzt sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jeweils wenigstens eine Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur der Innenseite des Walzenmantels und wenigstens eine Einrichtung zur Beeinflussung der Temperatur der Aussenseite des Walzenmantels vorgesehen sind.

Erfindungsgemäss wird diese Walze so betrieben, dass die Einrichtungen zur Beeinflussung der Temperatur derart gesteuert werden, dass die Temperatur der

Innenseite des Walzenmantels sich von der Temperatur der Aussenseite des Walzenmantels höchstens um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unterscheidet.

Zur Regelung der Temperatur der Innenseite und der Aussenseite können jeweils Sensoren vorgesehen sein, die die jeweiligen Einrichtungen zur Temperatur¬ beeinflussung ansteuern. Die zulässigen Temperatur¬ differenzen zwischen der Innenseite und der Aussenseite des Walzenmantels können dabei während der Aufheiz-, Betriebs-, und Abkühlungsphase unterschiedlich gewählt sein.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Regeleinrichtung so eingerichtet sein, dass bei einer plötzlichen Temperaturänderung an der Aussenseite, beispielsweise verursacht durch einen Bahnabriss, oder der Innenseite, beispielsweise infolge Defekt der Heizmittelzufuhr, das Glättwerk automatisch in die Abkühlungsphase übergeht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert, wobei weitere Vorteile der Erfindung offenbart sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer erfindungsgemässen Walze im Querschnitt,

Fig. 2 Temperaturdiagramme des Walzenmantels beim Aufheizen, und

Fig. 3 Temperaturdiagramme des Walzenmantels im Betrieb.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Bei der in Fig. 1 dargestellten Walzvorrichtung, beispielsweise einem Glättwerk für eine Papierbahn _r übt eine Durchbiegungsausgleichswalze 2 zusammen mit einer Gegenwalze 3 auf die zwischen beiden Walzen hindurch¬ laufende Warenbahn 1 eine Presskraft aus.

Die Durchbiegungsausgleichswalze 2 kann beispielsweise gemäss US-A-3 802 044 ausgebildet sein und weist einen drehfesten Träger 4 und einen um diesen rotierbaren Walzenmantel 5 auf, der mit einer Reihe von axial nebeneinander angeordneten hydrostatischen Stütz¬ elementen 6 gegen den Träger abgestützt ist. Diese Stützelemente weisen eine Kolben/Zylinder-Führung mit einem Druckraum 7 auf, welcher über eine Trägerbohrung 8 mit einem hydraulischen Druckmittel versorgt wird. Auf der Lagerfläche der Stützelemente 6 befinden sich Lagertaschen 9, welche mit Drosselbohrungen 10 vom Druckraum 7 mit Druckmittel versorgt werden und eine hydrostatische Lagerung des Walzenmantels 2 auf den Stützelementen 6 bewirken.

Die Zuleitung 11 von der Trägerbohrung 8 zum Druckraum 7 ist mittels einer Heizvorrichtung 12, beispielsweise einer elektrisch betriebenen Heizspule heizbar und bewirkt eine Aufheizung des hydraulischen Druckmittels, welches über den Druckraum 7 und die Drosselbohrungen 10 in die Lagertaschen 9 gelangt und die Innenseite i

des Walzenmantels an der Stelle der Ebene B erhitzt. Andererseits ist ausserhalb der Walze 2 eine Heiz¬ vorrichtung 13 vorgesehen, welche die Aussenseite a des Walzenmantels 5 ebenfalls aufheizt, beispielsweise mittels Strahlungsheizung. Damit wird erreicht, dass der Walzenmantel 5 sowohl von innen als auch von aussen erhitzt wird und auf die für die Behandlung der Papierbahn erforderliche Temperatur gebracht und auf der Betriebstemperatur gehalten werden kann.

Es sei bemerkt, dass anstelle der beschriebenen Durchbiegungεausgleichswalze mit hydrostatischen Stützelementen auch andersartige Durchbiegungs¬ ausgleichswalzen verwendet werden können, beispiels¬ weise hydrodynamisch oder magnetisch abgestützte Walzen oder andere bekannte Walzentypen mit steuerbarer Durchbiegung. Dabei kann eine Reihe nebeneinander liegender Stützelemente vorgesehen sein, welche getrennt voneinander und individuell mit zugeordneten Heizvorrichtungen beheizbar sind, wobei ebenfalls durch den einzelnen Stützelementen zugeordnete Aussen- heizungen die Walzenmantel- Aussenseite ensprechend beheizbar ist. Oder es kann ein einzelnes sich in Achsenrichtung erstreckendes Stützelement vorhanden sein. Statt die Innenheizung über die Stützelemente vorzunehmen, kann auch die Walzenmantel-Innenseite mit davon völlig getrennten Heizvorrichtungen aufgeheizt werden, beispielsweise mittels einer Prallströmheizung, wie sie beispielsweise aus TJS-A-4 282 638 bekannt ist, oder in anderer geeigneter Weise.

Die Gegenwalze 3 kann als konventionelle Walze ausgebildet sein oder aber ebenfalls als Durchbiegungsausgleichswalze ohne Heizvorrichtungen.

Zum Betrieb der Walzvorrichtung und insbesondere der Heizvorrichtungen 12 und 13 für die Innenseite i und die Aussenseite a des Ualzenmantels 5 ist es vorteil¬ haft, eine Steuer- oder Regeleinrichtung 14 vorzusehen, welche die Heizleistung der Heizvorrichtung 12 und der Heizvorrichtung 13 steuert. Die Steuerung der Heiz¬ leistungen wird dabei so vorgenommen, dass die Temperaturdifferenz T zwischen der Innenseite i und der Aussenseite a des Walzenmantels 5 bestimmte vorgegebene Werte, z.B. 30 C nicht überschreitet. In der Regel erfolgt dabei die Innenheizung und die Aussenheizung gleichzeitig, wobei zu Beginn des Aufheizvorganges ein gewisser zeitlicher Vorlauf der Innenheizung vorgesehen sein kann, um die Zeit¬ verzögerung infolge Aufheizung der Stützelemente 6 gegenüber der sofort wirkenden Aussenheizung 13 ausgeglichen werden kann.

Die zeitliche Steuerung der Heizleistungen kann dabei entweder nach einem festgelegten Steuerprogramm vorgenommen werden, oder aber in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen, wobei Sensoren 15 zur Messung des Istwertes der Temperatur des hydraulischen Druckmittels im Druckraum 7 oder an einer anderen geeigneten Stelle und Sensoren 16 zur berührungslosen Temperaturmessung der Aussenoberfläche a des Walzenmantels 5 vorgesehen sind. Entsprechend den AusgangsSignalen der Sensoren 15 und 16 werden die Heizleistungen der Heizvorrichtungen

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12 und 13 so gesteuert, dass die vorgegebenen Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite i und der Aussenseite a nicht überschritten werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen, sowohl von innen als auch von aussen beheizbaren Walze 2 mit einem Hartgussmantel von ? mm Wandstärke, ca. 100 mm Durchmesser und 9 m Länge liessen sich die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik, insbesondere Beschädigungen des Walzenmantels vermeiden, wenn die Regeleinrichtung so eingerichtet war, dass während des Aufheizvorganges die Temperaturdifferenz T zwischen Innen und Aussen nicht grösser als 30 C ist.

Figur . 2 zeigt ein typisches Beispiel des Temperatur¬ verlaufs im Walzenmantel 5 von der Aussenseite a bis zur Innenseite i zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Aufheizvorganges, bei welchem die Walze mit verminderter Geschwindigkeit rotiert, und zwar in der Schnittebene A kurz nach Einwirkung des äusseren Heizelementes 13, jedoch vor dem Stützelement 6, durch welches die Innenheizung erfolgt. Zum ersten Zeitpunkt kurz nach Einschalten der beiden Heizeinrichtungen 12 und 13 wirkt zunächst vorzugsweise die äussere Heizung, während die Innenheizung erst zeitverzögert in Aktion tritt. Während dieser ersten Phase wird die Aussen¬ heizung 13 so gedrosselt, dass die Aussentemperatur des Walzenmantels 5 nicht mehr als 30°C wärmer ist als die Innentemperatur. Nach einer gewissen Zeit ist die Innentemperatur schneller angestiegen als die Aussen¬ temperatur, so dass die Temperaturdifferenz nur noch

25°C beträgt, und am Schluss der Aufheizphase wird aussen die Endtemperatur von 170 C erreicht, während die Innentemperatur bei 150 C liegt. Dieser Zustand liess sich bei der beschriebenen Ausführung bereits nach etwa 1 Stunde erreichen.

Nach Einführung der Papierbahn 1 zwischen die Walzen 2 und 3 und Aufnahme des normalen Betriebes mit erhöhter Drehzahl entsprechend einer Bahngeschwindigkeit von 1400 m/min wird die Aussenflache a des Walzenmantels 5 an der Pressstelle, d.h. in Schnittebene B, auf 130 C durch Wärmeentzug gekühlt, während gleichzeitig durch das Stützelement 6 die Innenseite auf eine Temperatur erhöht wird, welche nicht mehr als 80 C höher als die Aussentemperatur ist, beispielsweise 210 C. Im Laufe der Rotation der Walze 2 sinken die Temperaturen an der Walzenmantelinnenseite i und Aussenseite a kontinuier¬ lich ab, bis sie kurz vor der Aussenheizvorrichtung'13 in Schnittebene C auf 110 C aussen und 180 C innen abgekühlt sind. Nach Aufheizung von aussen in der Schnittebene A sind dann wieder 170°C an der Aussen¬ seite a und 150°C an der Innenseite i erreicht.

Die durch die bei diesem Betriebsverfahren auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen innen und aussen und die Temperaturschwankungen während des Betriebes erzeugten mechanische Spannungen im Walzenmantel waren deutlich herabgesetzt im Vergleich zu vorbekannten Walzen, bei denen nur eine Heizung von innen oder von aussen vorgesehen war, so dass die Bruchgrenze nirgends erreicht wurde und Beschädigungen des Walzenmantels vermieden wurden.

Besonders vorteilhaft ist es, in Achsenrichtung der Walze 2 nebeneinander eine Reihe von parallelen Stützelementen 6 vorzusehen, welche individuell und unabhängig voneinander beheizt und von der Steuer- bzw. Regelanlage 14 angesteuert werden können. Eine entsprechende Anzahl den Stützelementen 6 zugeordnete äussere Heizvorrichtungen 13 ist ebenfalls von der Steuer- oder Regeleinrichtung 14 individuell ansteuerbar. Auf diese Weise lässt sich an den Walzenenden ausserhalb der Papierbahn, an denen keine Abkühlung durch die laufende Papierbahn erfolgt, die Temperaturdifferenz zwischen innen und aussen auf einen anderen Wert als im Bereich der Papierbahn einstellen, so dass eine Verbiegung des Walzenmantels an den Enden in der Form einer Achsenbiegung oder in der Form des "Oxbow"-Effektes vermieden werden kann.

Es wird bemerkt, dass der Erfindungsgedanke in analoger Weise während der Abkühlphase nach Beendigung des Walzvorganges angewendet werden kann, wobei die Heizeinrichtungen 12 und 13 durch entsprechende Kühleinrichtungen ersetzt werden. Der Betrieb erfolgt während dieser Abkühlphase ebenfalls in der Art, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung 14 die Kühl¬ einrichtungen 12 und 13 derart steuert, dass während dieser Abkühlphase die Temperaturdifferenzen zwischen der Innenseite i und der Aussenseite a des Walzien- mantels 5 bestimmte vorgegebene Werte nicht überschreiten, so dass unzulässige und schädliche mechanische Spannungen im Walzenmantel vermieden werden. Hiebei kann die Abkühlungszeit gegenüber dem üblichen langsamen Abkühlen der Walze drastisch

herabgesetzt werden, so das kostenträchtige Totzeiten der Walzvorrichtung erheblich vermindert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Regeleinrichtung 14 auch so gestaltet sein, dass bei Detektion unzulässiger Temperaturunterschiede über ein bestimmtes Mass hinaus, beispielsweise infolge eines Bahnabrisses, durch die Temperatursensoren 15 und 16 der Betrieb automatisch unterbrochen wird und die Vorrichtung in die Abkühlungsphase umgeschaltet wird. Die Betriebssicherheit wird dadurch erheblich erhöht.