-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Walze, die zur Behandlung einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Heizaggregat vorhanden ist, mit dem die gesamte Walzenmanteloberfläche auf eine Grundtemperatur aufgeheizt wird, und wenigstens ein weiteres Heizaggregat vorgesehen ist, über das wenigstens eine lokale Temperaturveränderung auf der Walzenmanteloberfläche vorgenommen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Walze mit wenigstens einem Heizaggregat, durch das die Walzenmanteloberfläche auf eine Grundtemperatur aufheizbar ist, und wenigstens ein weiteres Heizaggregat, über das wenigstens eine lokale Temperaturveränderungen auf der Walzenmanteloberfläche vornehmbar ist.
-
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung werden mit ihren Vorteilen sehr deutlich in der
DE 102 09 544 B4 beschrieben. Jedoch weist die dort erläuterte Erfindung einen Mangel auf.
-
Im Kalander- und insbesondere im Glättwerksbereich möchte man heutzutage oft beide, einen Nip bildenden Walzen relativ hoch beheizen. Insbesondere zur Glättung von Kartonsorten wünscht man Temperaturen von 180° bis über 250°C. Möchte man jedoch eine wie auch immer erzeugte mittlere Oberflächentemperatur (siehe zum Stand der Technik insbesondere Abschnitt [0035] der
DE 102 09 544 B4 ) in dieser Größenordnung über induktive Profilierungsheizungen lokal verändern, so ist das bei der Erzeugung einer lokalen Temperatur unterhalb der mittleren Grundtemperatur nur mit erheblicher Zeitverzögerung zu realisieren. Wird beispielsweise festgestellt, dass die Papier- oder Kartonbahn einen eventuell bereits im Stoffauflauf erzeugten Streifen geringerer Dicke besitzt, so kann man nicht schnell den Walzendurchmesser durch ein Absenken der Temperatur in dem Bereich verringern, um den Druck zu verkleinern. Man wird nach dem Abschalten des lokalen Induktors auf ein Abkühlen der Walzenmanteloberfläche in dem Bereich durch Konvektion mit der Umgebungsluft warten müssen. Schnelle lokale Korrekturen sind nur durch Erhöhung der Walzenmanteltemperatur zu bewerkstelligen. Ähnliche Probleme ergeben sich für die Profilkorrektur von Glanz und Glätte der Bahn.
-
Es kommt dabei hinzu, dass eine Induktionsheizung für die Erzeugung der Grundtemperatur nur mit etwa 50% Heizleistung betrieben werden kann, um genügend Potenzial zum Profilieren zur Verfügung zu haben.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Korrekturpotenzial zur Profilierung einer Papier- oder Kartonbahn quer zu ihrer Laufrichtung über die Temperatur an einer Walze zu erhöhen.
-
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die lokale Temperaturveränderung über eine Beaufschlagung wenigstens eines lokalen Manteloberflächenbereichs mit wenigstens einem einstellbar zu temperierenden Gasstrahl erfolgt. Hier eignet sich am besten Gebläseluft. Eine erzeugte Grundtemperatur von 180° bis 250°C und mehr kann durch eine mit Gebläseluft betriebene Querprofilierungseinrichtung bezüglich der Walzenoberflächentemperatur sowohl kühlend wie heizend beeinflusst werden. Die Gebläseluft ist nämlich in den Extremfällen einerseits als Umgebungsluft von etwa 30°C sowie andererseits als Heißluft mit bis zu etwa 600°C zur Verfügung zu stellen.
-
Durch die Veränderung der Temperatur des lokal beaufschlagenden Gases kann die Oberflächentemperatur auf einem auf dem Umfang der Walze verlaufenden ringförmigen Streifen sehr schnell korrigiert werden. Damit können dann an dieser Stelle Glanz und Glätte der Bahn beeinflusst werden und über die Durchmesserveränderung der Walze ist auch eine Wirkung hinsichtlich des Dickenprofils der Bahn zu erreichen.
-
Bevorzugt wird das Gas über Düsen oder Gruppen von Düsen, die mit unterschiedlich temperierten Gasen versorgt werden können, gegen die Walzenoberfläche geblasen. Derartige Düsen mit vorgeschalteten temperierbaren Gebläseeinheiten sind bereits bei entsprechenden Herstellern käuflich. Unter dem Begriff „Düse“ soll in diesem Zusammenhang auch eine Austrittsbohrung in einem mit temperierbarem Gas befüllbaren oder selbst mit beispielsweise ohmschen Heizelementen versehenen Kasten eingeschlossen sein.
-
Mit Vorteil wird die Walze durch eine einzonige Induktionsheizung beheizt. Da die Profilierung über eine Gasheizung erfolgt, reicht es aus, für die Grundbeheizung, also zur Erreichung des Temperaturmittelwertes an der Walzenoberfläche, eine Heizung mit nur einer walzenbreiten Induktionsspule zu verwenden. Eine solche Induktionsheizung ist deutlich weniger anfällig als eine aus mehreren nebeneinander angeordneten Spulen, die man zur Profilierung verwenden könnte. Gefährlich sind auch solche Induktionsheizungen, die aus einer Reihe so genannter Induktionsschuhe bestehen, wenn ein Kreis einmal nicht funktioniert. Dies fällt bei der Produktion nicht sofort auf und unter Umständen wird lange Zeit Ausschuss produziert. Die einzonige Induktionsheizung kann zudem so ausgelegt werden, dass sie zur Grundbeheizung der Walze auf nahezu 100% Leistung kommt.
-
Der größte Vorteil beim Einsatz einer einzonigen Induktionsheizung für die Grundtemperatur der Oberfläche ist aber der, dass der Wirkungsgrad bei 80–90% liegt, während ein Wirkungsgrad bei der Erzielung der gewünschten Oberflächentemperatur allein durch Heißluft einen Wirkungsgrad von 30% nicht überschreiten kann. Der Rest der Wärme geht in die Umgebungsluft.
-
Es ist günstig wenn eine von außen wirkende Induktionsheizung mit einer Fluidheizung in der Walze gepaart ist. Um den Mantel der Walze geringeren Thermospannungen auszusetzen, sorgt eine Induktionsheizung von Außen und eine Fluidheizung von innen für einen flachen Temperaturgradienten über die Mantelwandstärke. Dabei ist es heutzutage beispielsweise durchaus möglich Heizöl als Fluid zu verwenden, das eine Vorlauftemperatur von 200 bis 300°C aufweist.
-
In Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung einer Walze wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das weitere Heizaggregat wenigstens eine auf die Walzenoberfläche gerichtete Düse umfasst, über die ein temperierbarer Gasstrahl auf einen lokalen Bereich der Walzenoberfläche aussendbar ist.
-
Der temperierbare Gasstrahl erzeugt eine Konvektion an der Walzenoberfläche in einem vorzugsweise schmalen Bereich von 20 bis 50 mm. An dieser Stelle, die durch die Rotation der Walze zu einem Umfangsring wird, wird die Walzenoberfläche wahlweise erwärmt oder gekühlt, was mit einer Durchmesservergrößerung bzw. -verkleinerung einhergeht. Für die zu behandelnde Papier- oder Kartonbahn bedeutet das eine höhere bzw. niedrigere Druckbeaufschlagung, wodurch auch deren Dicke profilierbar wird. Im Anschluss an die 20 bis 50 mm Wirkbreite kann dann die nächste Düse folgen.
-
Es ist von Vorteil, wenn sich mehrere Düsen über im Wesentlichen die gesamte axiale Walzenmantellänge erstrecken. Dadurch kann die Papier- oder Kartonbahn über die gesamte Breite in ihrer Dicke fein profiliert werden. Dies ist natürlich insbesondere dann der Fall, wenn wie oben beschrieben, die einzelnen Düsen oder wenigstens Gruppen von Düsen mit Gasen unterschiedlicher Temperatur beschickbar sind.
-
Es ist von Vorteil, wenn die Temperatur jedes aus einer Düse oder einer Gruppe von Düsen austretenden Gasstrahls in einem Temperaturbereich von 100 bis 250°C, bevorzugt zwischen 50 und 500°C einstellbar ist. Geht man von einer gewünschten mittleren Temperatur der Walze von etwa 180°C-Oberflächentemperatur aus, so bleiben sowohl nach oben wie nach unten mindestens etwa 70°-Temperatur-Korrekturpotenzial. Das dürfte in den meisten Fällen ausreichen. Bei manchen Kartonsorten wünscht man jedoch noch größere Temperaturdifferenzen.
-
Es ist günstig, wenn die Düsen einen Abstand von der Walzenoberfläche im Bereich von 4 mm bis 80 mm, bevorzugt 8 mm bis 20 mm haben. 4 mm sind selbst bei 10 Meter langen Walzen unter Berücksichtung deren Durchbiegungen realisierbar. Ab 80 mm wir der Sprühkegel der Düse zu groß, um möglichst fein zu profilieren und nicht mit einer eventuellen Nachbarzone zu verwischen. Außerdem nimmt ab einem solchen Abstand die Auftreffgeschwindigkeit des Gases auf die Walzenoberfläche zu stark ab, so dass die Effektivität der Konvektion sinkt.
-
Vorzugsweise ist die Grundbeheizung der Walze über eine einzonige Induktionsaußenheizung und/oder eine Fluidinnenheizung erzeugbar. Die Vorteile sind bereits oben beschrieben.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt die
-
1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Glättwerks 1 mit zwei Walzen, von denen die obere die die Erfindung betreffende Walze 10 darstellt, und die
-
2 eine weitere Heizeinrichtung für eine Gasbeaufschlagung der Walzenoberfläche zur Profilierung.
-
Die Walze 10 bildet gemeinsam mit einer Gegenwalze 14 einen Nip 16, in dem eine Papier- oder Kartonbahn 15 mit Druck und Temperaturbeaufschlagung behandelbar ist. Die Gegenwalze 14 kann dabei abhängig von der Behandlungsaufgabe frei gewählt werden, beispielsweise mit harter beheizbarer Oberfläche oder mit elastischer Oberfläche, wie dies aus dem Glättwerks- und Kalanderbau bekannt ist. In einigen Fällen wird eine solche Gegenwalze 14 auch durch ein Anlageband aus Kunststoff oder Metall ersetzt.
-
Die Walze 10 oder, besser gesagt, deren Oberfläche 12, die mit der zu behandelnden Papier- oder Kartonbahn in Kontakt steht, wird in ihrer Temperatur über drei Aggregate beeinflusst.
-
Als Erstes wirkt ein erstes Heizaggregat 2, im Ausführungsbeispiel eine einzonige Induktionsheizung 2a, von außen auf die Walzenoberfläche 12.
-
Sie erzeugt eine so genannte Grundtemperatur, üblicherweise im Bereich von 180 bis 250°C. Einzonig bedeutet in dem Fall, dass die eine Induktionsspule 3 sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Walzenlänge erstreckt. Die einzonige Induktionsheizung 2a wird leistungsmäßig auf die vom Kunden gewünschte Oberflächentemperatur ausgelegt und arbeitet dann mit einem Wirkungsgrad in der Größenordnung von 90%.
-
Als Zweites übt eine Fluidheizung 13, die im Wesentlichen aus peripheren, axial verlaufenden Heizkanälen besteht, durch die ein Heizfluid durch den Mantel 11 geleitet wird, auf die Temperatur der Walze 10 Einfluss aus. Werden Fluide durch den Mantel 11 geschickt, die in etwa die gleiche Temperatur wie die gewünschte Oberflächentemperatur haben, so sind die sonst aus dem Temperaturgradienten über die Mantelwandstärke resultierenden Spannungen besonders gering.
-
Das dritte, der Profilierung dienende weitere Heizaggregat 4 wird durch eine Gebläseheizung 4a gebildet. Sie besitzt über die gesamte Länge der Walze 10 Kammern 5, in die eine Gas, in der Regel Luft über einen Versorgungskanal 9 eingeleitet wird. Vorgeschaltet oder in jeder Kammer befindet sich ein Wärmetauscher 6, beispielsweise ein Radiator, mit dem das Gas temperiert wird, bevor es aus Düsen 7 austritt und auf die Walzenoberfläche trifft. Beispielhaft sind in der schematischen Skizze drei Düsen 7 und entsprechend die gleiche Anzahl Gasstrahle 8 dargestellt, die die Oberfläche 12 der Walze 10 lokal in ihrer Temperatur beeinflussen.
-
Da das Gas durchaus mit einer Temperaturbandbreite von 30 bis 600°C, vorzugsweise 50 bis 500°C, im lokalen, auf den auf 180 bis 250°C aufgeheizten Bereich der Oberfläche auftreffen kann, ist das Potenzial zur Profilierung der Oberflächentemperatur und damit des Durchmessers besonders groß.
-
Zur besseren Verdeutlichung wird das weitere Heizaggregat 4, also die Gebläseheizung 4a, in 2 etwas genauer dargestellt. Durch die dreidimensional aufgebaute Skizze erkennt man, dass das weitere Heizaggregat 4 aus mehreren Profiliermodulen 19 (in der Skizze sind beispielhaft zwei mit einem Bezugszeichen versehen) aufgebaut ist. Aus jedem dieser Module 19 tritt aus der Düsenplatte 17 ein Gasstrahl aus, dessen Gastemperatur einstellbar ist. Die Düsenplatte 17 ist konkav geformt und dem Walzendurchmesser angepasst, so dass der Abstand von den Düsen 7 zur Manteloberfläche 12 etwa 4 mm bis 80 mm, bevorzugt 8 mm bis 20 mm beträgt.
-
Durch die Durchmesserveränderung der Walze 10 aufgrund der Beaufschlagung mit hohen oder niedrigen Gastemperaturen in einem lokalen, von einem Profiliermodul 19 überdeckten Bereich, kann der Betreiber direkt die Dicke der Papier- oder Kartonbahn 15, oder aber auch deren Glanz und/oder Glätte beeinflussen.
-
Die Gebläseheizung 4a ist sehr wartungsfreundlich aufgebaut. Für jeweils zwei Profiliermodule 19 ist eine Wartungsklappe 18 vorgesehen, durch die der Wärmetauscher 6, beispielsweise der Radiator erreichbar ist. Jedes Modul 19 ist leicht austauschbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Glättwerk
- 2
- Erstes Heizaggregat
- 2a
- Einzonige Induktionsheizung
- 3
- Induktionsspule
- 4
- Weiteres Heizaggregat
- 4a
- Gebläseheizung
- 5
- Kammer
- 6
- Wärmetauscher, Radiator
- 7
- Düse
- 8
- Gasstrahl
- 9
- Versorgungskanal
- 10
- Walze
- 11
- Mantel
- 12
- Manteloberfläche
- 13
- Heizkanal, Fluidheizung
- 14
- Gegenwalze
- 15
- Papier- oder Kartonbahn
- 16
- Nip
- 17
- Düsenplatte
- 18
- Wartungsklappe
- 19
- Profiliermodul
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10209544 B4 [0002, 0003]