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Druckgebungssystem für Walzenkalander, insbesondere zum Prägen von
Papier, Pappe od. dgl. Die Erfindung betrifft ein Druckgebungssystem für Walzenkalander,
insbesondere zum Prägen von Papier, Pappe od. dgl., mit einer festen Gegenwalze
und einer in hydraulischen, mit Druckluft beaufschlagten Arbeitszylindern geführten
Arbeitswalze. Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, den maximalen
Arbeitshub der Walze selbst bei wechselndem Durchmesser gegeneinander unveränderlich
und selbsttätig auf ein festes Maß zu begrenzen sowie den engsten Spalt der Walze
einzustellen.
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Bei Walzenkalandern wird eine elastische Druckgebung auf die den Walzenspalt
durchlaufende Warenbahn mit dem Zweck angestrebt, den Druck während des ganzen Arbeitsspieles
auf den eingestellten Wert unabhängig von Dickenänderungen der durchlaufenden Materialbahn,
wie sie z. B. durch Nahtstellen und Falten bedingt sind, zu halten. Zur Behebung
der durch solche plötzlichen Dickenänderungen bedingten Schwierigkeiten hat man
schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
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Bekannt sind hydraulische oder pneumatische Druckbeaufschlagungen
der Arbeitswalze sowie auch eine mechanische Druckgebung durch Hebeldruck, bei der
nach dem Prinzip einer Waage Belastungsgewichte an dem einen Ende eines frei beweglichen
Hebelsystems den Druck bestimmen, mit dessen anderem Ende eine der Arbeitswalzen
bzw. deren Lager in kraftschlüssiger Verbindung stehen. Der auf die Arbeitswalze
ausgeübte Druck ist dabei allein abhängig von dem Hebelverhältnis und der Größe
der Gewichte. Die Beweglichkeit des Hebelsystems ermöglicht daher ein Ausweichen
der Arbeitswalze beim Durchlaufen von Nahtstellen u. dgl.
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Der Nachteil der vorbekannten Anordnungen besteht darin, daß die Trägheit
der bewegten Massen oder die Inkompressibilität des flüssigen Druckmittels ein sofortiges
Ansprechen des Druckgebungssystems auf die Dickenunterschiede der Warenbahn verzögert,
so daß bei höheren Laufgeschwindigkeiten des Kalanders die Druckgebung zunehmend
härter arbeitet, indem die Arbeitswalze nicht mehr schnell genug ausweicht, um einer
durchlaufenden Nahtstelle den Weg ohne Drucksteigerung freizugeben.
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Diese Nachteile treten auch bei den üblichen bekannten pneumatischen
und hydraulischen Druckgebungssystemen auf, wenn man mit Rücksicht auf den Zylinderdurchmesser
auf eine unmittelbare Kraftübertragung von dem Arbeitskolben auf die Lager der Arbeitswalze
verzichtet und statt dessen ebenfalls über ein Hebelsystem mit verhältnismäßig großer
Übersetzung arbeitet. Durch den zusätzlichen Aufwand an mechanischen Teilen wird
auch hier die Trägheit des ganzen Systems so erhöht, daß ein schnelles Ansprechen
auf Dickenunterschiede nicht erreicht werden kann, zumal auch die Hebelübersetzung
eine erhebliche Verzögerung des Arbeitshubes der Zylinder bedingt.
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Ferner besitzen die bekannten Systeme in der Regel keine Begrenzung
für die Größe des Walzenspaltes, oder es bedarf .umständlicher zusätzlicher Maßnahmen
für diese Begrenzung, wobei Bedienungsfehler deren Wirksamkeit leicht ausschalten
können. Bei Walzenkalandern, deren Arbeitswalzen von Fall zu Fall unterschiedliche
Durchmesser haben können, müssen Endanschläge zur Begrenzung des Walzenspaltes,
z. B. nach jedem Rollenwechsel, von der Bedienung neu eingestellt werden. In der
Regel kommt es dabei darauf an, das Kleinstmaß des Walzenspaltes mit einer Genauigkeit
von 1/1e mm festzulegen, wobei man allein auf die Sorgfalt angewiesen ist, mit der
der Bedienungsmann diese Einstellung von Hand vornimmt, ganz abgesehen davon, daß
eine derartige Einstellung, die .natürlich auf beiden Walzenseiten genau die gleiche
sein muß, nicht einfach ist.
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In anderen Fällen liegt auch die Aufgabe vor, das Größtmaß des Walzenspaltes
zu begrenzen, so z. B.
bei Walzen, die in Umfangsrichtung eine genau bestimmte
Relativlage zueinander beibehalten müssen und die zu diesem Zweck über Zahnräder
miteinander gekoppelt sind. Derartige Hebeldruckkalander, die diese Forderung erfüllen,
sind ebenfalls an sich bekannt. Bei diesen muß jedoch nach jedem Rollenwechsel
eine
entsprechende Einstellung des Hebelsystems von Hand vorgenommen werden.
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Es ist bereits eine Schaltanordnung für die Antriebs- und Druckgebungssteuerung
bei Prägekalanderwalzen bekanntgeworden, der die Aufgabe zugrunde lag, durch eine
Kopplung bzw. Verblockung der Schalteinrichtung die Ein- und Ausschaltung des Prägedruckes
zwangläufig nur dann zuzulassen, wenn die Prägewalzen sich bereits in Drehung befinden,
so daß eine Beschädigung der weichen Walze unter dem bleibenden Druck der harten
Wake beim Stillstand der Maschine nicht eintreten kann. Zu diesem Zweck soll der
Antrieb und die Druckgebung für die Waken über ein strömendes Druckmittel bewirkt
werden. Anstatt eines flüssigen kann auch ein gasförmiges Druckmittel verwendet
werden. Es ist aber auch bekannt, gleichzeitig mit hydraulischen und pneumatischen
Mitteln bei der Be- und Entlastung von Preßwalzen zu arbeiten.
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Die Nachteile der bekannten Druckgebungssysteme für Walzenkalander
werden gemäß der Erfindung durch einen hydraulisch-pneumatischen Doppelkolben-Druckübersetzer
vermieden, dessen eine Kolbenfläche über ein hydraulisches Drucksystem mit den Arbeitszylindern
und dessen andere Kolbenfläche über Druckregelventile, Mengenventile und Wegeventile
mit einer Druckluftquelle in Wirkverbindung steht. Bei dieser Anordnung kann bei
plötzlichen Änderungen in der Dicke der den Walzenspalt durchlaufenden Warenbahn
das Öl nahezu ungehemmt und auf kürzestem Wege mit hoher Geschwindigkeit durch die
Leitungen zwischen Arbeitszylinder und Druckübersetzer fließen mit dem Ergebnis,
daß nicht die Inkompressibilität des Öles die Elastizität der Druckgebung bestimmt,
sondern das Luftvolumen, das primärseitig in dem Druckübersetzer von dem Doppelkolben
eingeschlossen ist. Durch zweckmäßige Bemessung der Kolbendicke der Druckübersetzer
und der Druckluft führenden Elemente bis rückwärts zu den Wegeventilen kann erreicht
werden, daß auch starke plötzliche Dickenschwankungen der Warenbahn aufgefangen
werden und nur unmerkliche Druckänderungen zur Folge haben.
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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens weist der Druckübersetzer
Anschläge zur Begrenzung des Arbeitshubes auf, so daß nach Einleiten von Öl in das
hydraulische System, wenn die Arbeitswalze sich mit schwachem Druck gegen die Gegenwalze
anlegt, die Doppelkolben sich auf der Einlaßseite in der Endstellung befinden, die
das größte Volumen in den sekundärseitigen hydraulischen Zylindern freigibt.
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Die Begrenzung des Arbeitshubes erfolgt gemäß der Erfindung dadurch,
daß das hydraulische Drucksystem zu den Druckübersetzern parallel geschaltete Zumeßzylinder
aufweist, die zusätzlich überein Wegeventil mit einem Vorratsbehälter in Verbindung
stehen. Sobald Druckluft auf die Primärseiten der Druckübersetzer gegeben wird,
werden die Kolben der Zumeßzylinder um ihren vollen Hub zurückgedrängt und verbleiben
bis zum nächsten Rollenwechesl in dieser Stellung. Das Ölvolumen dieser Zumeßzylinder
bestimmt somit unmittelbar den größtmöglichen Betriebshub für die Kolben der Druckübersetzer
und somit auch für die Arbeitswalze. Wenn aber zum Zwecke des Rollenwechsels der
primäre Luftraum des Druckübersetzers drucklos gemacht wird, so gehen die Doppelkolben
in ihre Endstellung zurück. Das nachströmende Ölvolumen entweicht dann aus den Arbeitszylindern
und läßt dabei die Walze um einen genau definierten Spalthub zurückweichen.
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Um die Elastizität des Druckgebungssystems weiterhin zu erhöhen, kann
man natürlich den Raum eines jeden Primärzylinders des Druckübersetzers über die
gegebenenfalls: durch Anschläge. begrenzte, K endstellung der Doppelkolben hinaus
verlängern bzw. vergrößern. Statt dessen wird gemäß der Erfindung weiterhin vorgeschlagen,
die Druckluftquelle als ein Luftkissen wirkendes Druckgefäß auszubilden. Auf diese
Weise kann noch ein Vielfaches dieses Volumens außerhalb der kompressorseitigen
Endstellung des Doppelkolbens bereitgestellt und dadurch die Elastizität auf beliebige
Maße erhöht werden.
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Es ist anzustreben, daß die Arbeitswaken schon beim Aufsetzen über
ihre volle Breite gleichmäßig die Warenbahn erfassen. Der hierzu erforderliche Gleichlauf
beider Arbeitszylinder wird erfindungsgemäß dadurch eingestellt, daß die aus den
Zylindern beim Arbeitshub abströmenden Füllmengen walzenseitig durch Durchflußmengen
regelnde, an sich bekannte Elemente aufeinander abstimmbar sind.
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Die Erfindung offenbart noch eine Lösung für die Begrenzung der engsten
Annäherung der Walzen gegeneinander mit dem Ziel, selbst beim Ausbleiben der Warenbahn
ein Gegeneinanderprallen von Arbeitswake und Gegenwake zu verhindern oder im Sinne
einer Kalibrierung eine genaue und parallele Spalteinstellung zu ermöglichen. Die
hierfür erforderlichen Maßnahmen bestehen darin, daß der Arbeitszylinder walzenseitig
mit einem federbelasteten Einstellzylinder in Wirkverbindung steht, dessen Zylinderinhalt
größer als die beim Arbeitshub der Walze aus den Arbeitszylindern verdrängte Ölmenge
ist. Über diese Einstellzylinder wird eine gewisse Ölmenge in dem Entlastungssystem
zurückgehalten, die gerade für eine Grenzstellung der Kolben ausreicht, in welcher
die Walzen einen beliebig kleinen Abstand voneinander halten.
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In der Zeichnung ist das Druckgebungssystem in einem Ausführungsbeispiel
schematisch veranschaulicht.
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Der Walzenkalander, an dem das Druckgebungssystem Anwendung findet,
besteht aus der fest gelagerten Gegenwalze C und der heb- und senkbaren Arbeitswalze
A. Die Zapfen a dieser Arbeitswake A
sind durch die Kolbenstange
1 abgestützt, deren zugehörige Kolben 2 in den unter Öldruck stehenden Arbeitszylindern
3 geführt sind. Die Zylinderräume dieser Arbeitszylinder stehen bodenseitig über
die Leitungen 4 in unmittelbarer Verbindung mit den Ölkammern 5 von Druckübersetzern,
in deren Luftzylinder 6 der Differentialkolben 7 gleitet, wobei die äußerste Endstellung
des Kolbens durch Anschläge 8
an der Innenwand des Zylinders 6 begrenzt ist.
Luftseitig stehen die Kammern des Druckübersetzers über Leitungen 9, Druckregelventile
10, Mengenregelventile 11 und Wegeventile 12 sowie ein Hauptabsperrventi113
mit einer Preßluftquelle in Verbindung, die aus einem Motorkompressoraggregat
14
und einem Druckkessel 15 mit Manometer 36 besteht.
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An die Verbindungsleitungen 4 ist ferner über die Leitungen
16 je ein Ölzumeßzylinder 17 geschaltet. An die Umgehungsleitungen 18 zu
diesen beiden Zumeßzylindem sind über die Leitungen 19 Druckbegrenzungsventile 20
sowie Wegeventile 35 angeschlossen. Die Rückschlagventile 21 in den Umleitungen
18 verhindern einen Rückfluß des Ölstromes von
den dem Walzenkalander
zugewandten Seiten der Zylinder zu der Rückseite. Letztere ist über Leitungen
21a und das Dreiwegeventil 22 sowie die Leitung 23 mit einem
Vorratsbehälter 24 verbunden.
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Die Arbeitszylinder 3 sind auf der Kolbenstangenseite über Leitungen
25 an je einem federbelasteten Einstellzylinder 26 angeschlossen.
Die Leitungen 25
sind ferner durchgeführt über ein Mengenventil
32 zu den Wegeventilen 27, 28, von welchen das Wegeventil 27 über den Zylinder
28 a mit federbelastetem Kolben, das Magnetventil 29 und die Leitung
30 in die Hauptspeiseleitung vor dem Hauptabsperrventil 13 zurückführt, während
das Wegeventil 28 über die Leitung 31 mit dem federbelasteten Vorratsbehälter
24 in Verbindung steht. An die Wegeventile 35 sind Druckbegrenzungsventile
38 angeschaltet, desgleichen an die Leitung 31.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Über das Wegeventi112
können die Luftzylinder der Druckübersetzer 6 wahlweise mit Druckluft beaufschlagt
oder drucklos mit der freien Atmosphäre verbunden werden. In üblicher Weise dienen
hierbei die Druckregelventile 10 und das Mengenventil 11
der Einstellung
beliebiger Drücke für jeden Druckübersetzer und damit der Hubgeschwindigkeit. über
die Doppelkolben 7 der Druckübersetzer wird der Luftdruck in Öldruck umgewandelt,
der entsprechend dem Übersetzungsverhältnis ein festes Vielfaches des Luftdruckes
beträgt. Zur Verbindung zwischen Druckübersetzer und Arbeitszylinder 3 dienen
direkte Leitungen 4, die so geringen Strömungswiderstand haben, daß beim
Auftreten von Materialverdickungen in der Warenbahn, hervorgerufen durch Falten
oder Nähte, bei dem hierdurch bedingten Zurückweichen der Walze und Absinken der
Arbeitszylinder die hierbei verdrängte Ölmenge sofort abgeleitet werden kann. Der
geringe Strömungswiderstand bedingt, daß durch diese Ableitung die verdrängte Ölmenge
ohne merkliche Drucksteigerung aus dem Zylinder 3
über die Leitungen
4 in den Ölzylinder 5 des Druckübersetzers entweichen kann. Die Arbeitszylinder
wirken unmittelbar auf die Zapfen a der Arbeitswalzen. Die Einwirkung kann aber
auch über Hebelsysteme mit kleinem, die Trägheit praktisch nicht beeinflussendem
Übersetzungsverhältnis erfolgen.
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Die Begrenzung des Arbeitshubes der Prägewalze durch Freigabe nur
eines genau bestimmten Weges der Doppelkolben der Druckübersetzer, der dem gewünschten
Arbeitshub entspricht, wird mit stets gleichbleibender Genauigkeit und unabhängig
vom jeweiligen Walzendurchmesser in folgender Weise bewirkt, wobei die Strecke,
um die eine Arbeitswalze, z. B. beim Rollenwechsel, zurückgezogen werden soll, beliebig
durch konstruktive Maßnahmen bemessen werden kann, die z. B. darin bestehen, daß
die Zumeßzylinder auf ein solches ölverdrängungsvolumen ausgelegt werden, daß die
Unterwalze A nur einen Hub von einer ganz bestimmten Länge ausführt. Dieser Hub
ist normalerweise eine konstante Größe für den Kalander. Um diese Arbeitswalze nach
einem Rollenwechsel aus einer weiter zurückgezogenen Stellung in die Arbeitslage
zu bringen, wird Öl unter niedrigem Druck aus dem Vorratsbehälter 24 in das
System gefördert. Hierzu kann wahlweise eine nicht besonders dargestellte Ölpumpe
oder bei Ausbildung des Vorratsbehälters als Druckumformer der ohnehin vorhandene
Motorkompressor 14 als Druckerzeuger benutzt werden. Währenddessen sind die
Primärseiten der Drucküberstzer mit der freien Atmosphäre verbunden, z. B. durch
elektrische Kopplung, wenn die Wegeventile als Magnetventile ausgebildet sind. Diese
elektrische Kopplung wird dadurch bewirkt; daß ein Steuerdruckknopf »Walze heben«
das Magnetventil 22 erregt, so daß das Öl in Richtung auf die Arbeitszylinder 3
hindurch$ießen kann, und daß gleichzeitig das Magnetventil 12 in die Stellung.geht,
in der die Primärseiten der Druckübersetzer mit der freien Atmosphäre verbunden
sind. Beide Magnetventile werden über diesen eirieri' Druckknopf gleichzeitig geschaltet,
wobei vorteilhaft ein mehrpoliger Druckknopf Verwendung findet, der mehrere unter
sich getrennte Stromkreise schaltet. . .
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Sobald die Arbeitswalze A sich mit schwachem Druck gegen die
Gegenwalze C anlegt, befinden sich die Doppelkolben der Druckübersetzer ganz unten
bzw. in ihrer kompressorseitigen Endstellung, die das größte Volumen in ihren zugehörigen
Ölzylindern freigibt. Die Differentialkolben der Zumeßzylinder 17 befinden sich
dann in ihrer walzenseitigen Endstellung bzw. ganz oben. Wenn nun durch das Wegeventil
22 der Olzufluß gesperrt und -zugleich der Ö1-rückfluß zu einem Vorratsbehälter
24 freigegeben wird sowie über das Wegeventil 12 Druckluft in die
Druckübersetzer geleitet wird, dann kann lediglich so viel Öl aus den Druckübersetzern
verdrängt werden, wie die Zumeßzylinder 17 beim Ausweichen in ihre pumpenseitige,
d. h. untere Endstellung an Raum freigeben.
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Dieses Ölvolumen bemißt den größtmöglichen Betriebshub für die Kolben
der Druckübersetzer 6 und damit auch für die Arbeitswalze A, denn bis zum
nächsten Walzenwechsel verbleiben die Zumeßzylinder 17 in dieser Stellung.
Wenn der Primärraum der Druckübersetzer 6 jetzt wieder über das Wegeventi112
drucklos gemacht wird, so gehen die Doppelkolben wieder in ihre kompressorseitige
untere Endstellung zurück. Das nachströmende Ölvolumen entweicht aus den Arbeitszylindern
3 und läßt dabei die Walze A um einen genau definierten Spalt zurückweichen.
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In dem vom Wegeventil 22 her gesehenen jenseits der Arbeitskolben
2 liegenden Teil der hydraulischen Anlage, der nicht nur Erzeugung des Arbeitsdruckes,
sondern lediglich zur Einstellung des Gleichlaufs beider Arbeitszylinder unter Begrenzung
der engsten Annäherung der Walze dient, im folgenden auch als »rückwärtiger Zweig«
bezeichnet, wird diese Begrenzung in folgender Weise bewirkt: Beim ersten Anheben
der Walze nach dem Walzenwechsel werden die Kolben der Einstellzylinder
26 in ihre äußerste, d. h. obere Endstellung gedrückt. Wenn die Walze am
Ende dieses Beistellhubes sich erstmalig gegen die Gegenwalze legt, wird mit dem
Wegeventil27 das im rückwärtigen Zweig befindliche Ölvolumen abgeschlossen. Das
Wegeventil28 ist ohnehin während des Beistellens der Walze in Sperrstellung. Mit
ihren nicht besonders dargestellten Stellschrauben 33 können die Kolben der Einstellzylinder
26 nunmehr so weit in die Zylinder verschoben werden, daß sich zwischen den
Arbeitswalzen ein Luftspalt der gewünschten Dicke ergibt. Diese Kolben sind federnd
belastet, und der Zylinderinhalt ist größer als die beim Arbeitshub der Walze aus
Arbeitszylindern verdrängte Ölmenge. Durch eine entsprechende Bemessung der wirksamen
Kolbenfläche von Arbeitszylindern 3 und Einstellzylindern
26 kann
eine sehr hohe Einstellgenauigkeit für den Walzenspalt verwirklicht werden.
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Durch die Anordnung aller nicht unmittelbar zur Druckgebung erforderlichen
Mittel, insbesondere der Mengenregler für die Gleichlaufregelung des Arbeitszylinders
in dem rückwärtigen Zweig des Ölsystems wird das angestrebte rasche und feinfühlige
Ansprechen auf Unebenheiten der Warenbahn gewährleistet.