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.