Die Erfindung betrifft eine Bahnbehandlungsvorrichtung (1), insbesondere einen Kalander, mit einer Biegeeinstellwalze (4) wie beispielsweise einer Schuhwalze, und einem diese mit Hydrauliköl versorgenden Hydrauliköltank (20). Um die Gefahr einer Entzündung des Öl-Luftgemisches weitgehend auszuschließen, ist eine Gasdruckausgleichsleitung (26) zwischen dem Walzeninnenraum (16) und dem Hydrauliköltank (20) vorhanden.
Die Erfindung betrifft eine Bahnbehandlungsvorrichtung, insbesondere einen Kalander, mit
In der folgenden Beschreibung der Erfindung wird ein erfindungsgemäßer Kalander beschrieben. Das soll aber nicht ausschließen, dass die Erfindung sich auch auf eine andere Bahnbehandlungsmaschine wie beispielsweise eine Pressvorrichtung beziehen kann.
In einem Kalander sind in der Regel sogenannte Biegeeinstellwalzen (Walzen mit Stützelementen oder Breitnip-Stützschuhen) vorhanden, die eine feststehende Achse besitzen. Auf dieser Achse stützt sich mindestens ein hydrostatisches oder hydrodynamisches Stützelement ab - und zwar radial verstellbar, im Folgenden Hydraulikzylinder-Kolben-System genannt. Dabei übt das Hydraulikzylinder-Kolben-System mittels eines Druckschuhs einen Druck auf den rotierenden Mantel aus, der wiederum gegen eine zu behandelnde Faserstoffbahn eine Kraft aufbringt. Als Gegendruckelement ist in der Regel entweder eine Gegenwalze oder ein umlaufendes Band eingesetzt.
Diese Walzen laufen bei der Anmelderin unter der Bezeichnung "Nipco" oder "NipcoFlex". Der Innenraum dieser Walzen zwischen Achse und Mantel ist so weit abgedichtet, dass kein Druckfluid, was in der Regel ein Hydrauliköl ist, austreten kann. Im Folgenden wird zur Vereinfachung des Sachverhaltes der Begriff "Hydrauliköl" stellvertretend für alle einsetzbaren Druck- und Schmierfluide gewählt. In einigen Fällen wird auch Hydrauliköl in die Biegeeinstellwalze gespeist, um den Mantel oder eine Dichtung zu kühlen.
Da die Reibung des Hydrauliköls an der Mantelinnenfläche aber eine nicht unerhebliche Rolle für die benötigte Antriebsleistung besitzt, sind in der Regel Absaugvorrichtungen vorgesehen, die das Hydrauliköl zurück in den Hydrauliköltank fördern, indem sie beispielsweise rüsselartig die mit dem Walzenmantel umlaufende Flüssigkeit kurz oberhalb der Innenfläche des Mantels aufnehmen und über Rohrleitungen oder Kanäle in den Tank leiten. Es sind auch bekannte Schöpfsysteme im Einsatz. Der Tank steht bei Kalandern oft im Kellergeschoss, so dass man das Gefälle nutzen kann.
In der Walze verbleibt neben den Hydraulikölresten ein Gasgemisch aus Luft mit einem Ölnebel. Von einem solchen Gemisch kann eine Gefahr ausgehen, da es oberhalb einer gemischabhängigen Zündtemperatur bzw. eines Zünddruckes zu Verpuffungen oder gar zu Explosionen kommen kann. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass der Schaden an einem Wälzlager durch eine erhöhte Reibung zu einem derart gefährlichen Temperaturanstieg mit Druckaufbau in der Walze führt.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Bahnbehandlungsvorrichtung mit einer Biegeeinstellwalze, die aus einem Hydrauliköltank mit Hydrauliköl versorgt wird, zu schaffen, bei der die oben beschriebene Gefahr weitestgehend vermieden wird.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Gasdruckausgleichsleitung zwischen dem Walzeninnenraum und dem Hydrauliköltank vorhanden ist.
Die Gasdruckausgleichsleitung bewirkt, dass sich aufgrund der Ableitung in den Hydrauliköltank innerhalb des Walzeninnenraumes kein überhöhter Druck aufbauen kann. Für Ölnebel-Luft-Gemische wird auch bei höherer Temperatur der Zündtemperatur- bzw. Zünddruckpunkt nicht erreicht. Die im Stand der Technik vorhandenen ölführenden Leitungen zwischen Biegeeinstellwalze und Hydrauliköltank sind mit Hydrauliköl zumindest teilweise gefüllt, so dass ein Gasdruckausgleich hierüber nicht stattfinden kann.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn ein schaltbares Einlassventil für ein unter Druck stehendes Inertgas in die Biegeeinstellwalze und/oder in den Hydrauliktank vorhanden ist. Inertgase wie beispielsweise die gut geeigneten Gase Stickstoff, Kohlendioxid, Argon, Warexen, FM200 oder Inergen sind ideale Zusätze oder Ersatz für sauerstoffreiche Gase in explosionsgefährdeter Umgebung. Man wird also die Luft in der Walze weitgehend durch ein Inertgas ersetzen, um Verbrennungsreaktionen weiter zu minimieren. Dieses Inertgas wird beispielsweise handelsüblichen, an der Inertgasleitung für das Inertgas angeschlossenen Druckflaschen entnommen.
Vorzugsweise bilden die Biegeeinstellwalze und der Hydrauliktank ein gasdichtes geschlossenes System. Bislang war es immer üblich, den Ölhydrauliktank gegenüber der Umgebung nicht gasdicht zu verschließen. Für die Erfindung wäre dies jedoch unvorteilhaft, da ständig neue Inertgasmengen, die sehr kostspielig sind, zugeführt werden müssten. Durch das gasdichte Verschließen des Systems Walze-Tank sind kaum Verluste des Inertgases mehr zu befürchten.
Es ist von Vorteil, wenn in einer Inertgasleitung des Inertgases ein Druckregelventil vorgesehen ist. Auf diese Weise ist der Druck in der Walze auf einem konstanten Niveau einstellbar. Dies ist insbesondere bei flexiblen Walzenmänteln ein wesentliches Merkmal. In der Regel laufen diese Walzenmäntel nahe der Gegenwalze über einen konkav geformten, hydraulisch wirkenden Anpressschuh. Ein zu hoher Innendruck im Walzeninnenraum würde den Wechsel von einem konvexen in einen konkaven Verlauf des Mantels zu stark beeinträchtigen.
Bevorzugt liegt der Druck im Walzeninnenraum und im Hydrauliktank zwischen 30 und 200 mbar, und hier vorzugsweise zwischen 50 und 80 mbar. Diese Druckwerte kennzeichnen die Überdruckwerte gegenüber dem Atmosphärendruck. Versuche haben gezeigt, dass dieser Druckbereich ein Optimum zwischen Flexibilität zu konkavem Verlauf und Mantelrundheit im nicht belasteten Bereich bietet.
Überhaupt ist es sinnvoll, an verschiedenen Orten Druckmesseinrichtungen vorzusehen. Die Installation eines Sauerstoff-Partialdruck-Messgerätes an der Biegeeinstellwalze und Regelung des SauerstoffPartialdrucks bzw. die Installation eines Inertgas-Partialdruck-Messgerätes an der Biegeeinstellwalze und Regelung des Inertgas-Partialdrucks ist besonders vorteilhaft. Der Partialdruck des Inertgases im Inneren der Walze wird so eingestellt, dass die Sauerstoffmenge zwischen 4-6% beträgt, da dann üblicherweise Hydrauliköle nicht mehr brennen und damit keine explosionsfähige Atmosphäre bilden können.
Es ist günstig, wenn der Mantel diesen Zielen angepasst wird und zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt ist und eine Wandstärke unter 20 mm hat. Dieser Mantel ist ausreichend flexibel, um eine relativ lange Behandlungsstrecke (Nip) für die Faserstoffbahn zu ermöglichen.
Es ist von Vorteil, wenn eine vorzugsweise pumpenunterstützte Abflussleitung für Öl aus dem Walzeninnenraum in den Hydrauliktank vorgesehen ist. Die Versorgung des hydraulisch auf den Mantel wirkenden Hydraulikzylinder-Kolben-Systems und/oder einer Lagerschmierung mit Hydrauliköl wird die Walze mit der Zeit immer mehr füllen. Das hat einerseits einen sehr negativen Einfluss auf die erforderliche Antriebsleistung und das Formverhalten der Walze. Andererseits verkleinert sich das Volumen, das mit Inertgas gefüllt ist.
Zusätzlich sind weitere Maßnahmen zur Vermeidung einer Explosionsgefährdung zu empfehlen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Ölkühlvorrichtung vorgesehen ist. Diese wird in der Regel am Hydrauliköltank installiert und pumpt das Hydrauliköl des Tanks, das sich durch den Rücklauf des warmen Hydrauliköls aus der Walze ebenfalls erwärmen kann, umlaufend durch einen kühlenden Wärmetauscher. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Temperaturen des Hydrauliköls zur Versorgung des hydraulisch auf den Mantel wirkenden Hydraulikzylinder-Kolben-Systems und/oder einer Lagerschmierung ebenfalls nicht übermäßig hoch sind.
Vorzugsweise ist ein Druckspeicher für das Inertgas oder ein Luft-Inertgas-Gemisch vorgesehen. Durch Einsatz einer solchen Booster-Speicherstation können die Systemverluste an Inertgas minimiert werden. Hierzu wird aus dem Hydrauliköltank über einen Kompressor das Inertgas in einen Zwischenspeicher mit Druckmessung eingespeist. Über ein Magnetventil kann die Zuführung über die Druckflaschen abgeschaltet werden und das Inertgas aus dem Zwischenspeicher zum Ausgleich von Leckagen etc. genutzt werden. Wenn der Zwischenspeicher nicht mehr genügend Druck liefert, wird wieder auf die Druckversorgung mittels Druckflaschen umgeschaltet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigt
In
Eine Walze ist eine vorzugsweise beheizbare Gegenwalze 2 und die andere Walze ist eine Biegeeinstellwalze 4, die von der Erfindung besonders betroffen ist. Eine solche Biegeeinstellwalze 4 besitzt eine feststehende Achse 8. Auf dieser ist über Lager 11 ein Mantel 3 an beiden Enden gelagert. Hierzu werden ggf. Lagerringe 12 hinzugefügt.
Zwischen Achse und Mantel in radialer Richtung und den Lagerringen bzw. Lagern in axialer Richtung ist ein ringförmiger Walzeninnenraum 16 gebildet, der üblicherweise mit Hydrauliköl und Luft gefüllt ist.
Der Mantel 3 kann aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen, wie beispielsweise Stahl, Guss oder Kunststoff oder einer Kombination der Materialien. In dem Ausführungsbeispiel ist ein flexibler Mantel aus etwa 5 mm starkem faserverstärktem Polyurethan vorgesehen. Entsprechend wird die Abstützung zwischen Mantel 3 und Achse 8 im Bereich des Nips 5, also der Kontaktstelle mit der Gegenwalze 2, durch einen, in seiner konkaven Oberfläche 10 der Gegenwalze 2 angepassten Druckschuh 7 realisiert. Diese Form ersieht man am besten in
Im Nip 5, der Kontaktfläche der beiden Walzen 2, 4, wird eine Faserstoffbahn 6 behandelt. Für den Fall, dass die Bahnbehandlungsvorrichtung 1, wie im angeführten Beispiel, einem Kalander entspricht, wird die Faserstoffbahn 6 in erster Linie geglättet, verdichtet oder mit Glanz versehen.
Zu einer Biegeeinstellwalze führen zahlreiche Leitungen. Die Zuleitung 24 führt vom Hydrauliköltank 20 über eine Förderpumpe 21 durch die Achse 8 zu dem wenigstens einen Hydraulikzylinder-Kolben-System 9 und weiter durch eine gedrosselte Leitung 23 im Hydraulikzylinder-Kolben-System zur Oberfläche 10 des Druckschuhs 7, um den notwendigen Druck des Mantels 3 in Richtung Gegenwalze 2 bzw. Faserstoffbahn 6 zu bewirken und gleichzeitig die Kontaktfläche zwischen Druckschuh 7 und Mantel (3) zu schmieren. Die Drossel 37 im Hydraulikzylinder-Kolben-System 9 wird üblicherweise durch eine Kapillare realisiert. Alternativ kann die Förderleitung aber auch an jeder anderen Stelle der Biegeeinstellwalze 4 oder dem Druckschuh 7 zugeführt werden, wo das geförderte Hydrauliköl einen hydrostatischen oder hydrodynamischen Druck zwischen der Oberfläche 10 des Druckschuhs 7 und dem Mantel 3 aufbauen kann. Eine mögliche Belieferung des Lagers 11 mit Hydrauliköl als Schmierstoff ist durch die gestrichelte Line 38 in
Die beschriebenen Bahnbehandlungsvorrichtungen 1 werden heutzutage in ihrer Geschwindigkeit ständig gesteigert. Das hat negative Auswirkungen auf den Verschleiß der Lager 11. Eine beispielsweise durch Verunreinigungen im Schmiermittel verursachte Fehlstelle kann zu derart hohen Reibungen führen, dass sich das Lager stark erhitzt. Die Wärme überträgt sich dann in den Walzeninnenraum 16. Dies kann gefährliche Auswirkungen haben. Denn neben dem Hydrauliköl ist der Walzeninnenraum 11 in der Regel mit einem Gemisch aus einem Ölnebel und Luft gefüllt. Dieses Gemisch kann sich unter einer gewissen Temperatur und unter einem gewissen Druck entzünden und zu Verpuffungen oder sogar Explosionen führen. Deshalb ist erfindungsgemäß eine Gasdruckausgleichsleitung 26 zwischen Walzeninnenraum 16 und dem Ölhydrauliktank 20 vorgesehen. Mit dieser Maßnahme kann sich der Druck im Walzeninnenraum 16 nicht in unzulässiger Größe aufbauen, sondern wird in den Hydrauliköltank abgeleitet. Dort kann hilfsweise noch ein Überdruckventil 34 oder eine Berstscheibe 18 installiert sein.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das ganze System aus Biegeinstellwalze 4 und Hydrauliköltank 20 ein geschlossenes gasdichtes System darstellt. Der Gasdruck im Walzeninnenraum 16 und der im Hydrauliköltank 20 sind in diesem Fall annähernd gleich. Wird der Druck aufgrund einer Temperaturerhöhung gefährlich hoch, so wird zunächst das vorgesehene Überdruckventil 34 reagieren und bei noch höherem Druck die Berstscheibe 18.
Besonders vorteilhaft für die Erfindung ist es, wenn über ein Druckregelventil 32 ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Argon, Warexen, FM200 oder Inergen in die Biegeeinstellwalze 4 über die Inertgasleitung 27 eingeleitet wird. Alternativ wäre auch die Einleitung des Inertgases in den Hydrauliköltank 20 möglich. Das Druckregelventil 32 wird mittels eines Druckmessgerätes 35 und einer elektronischen Steuerung 14 geregelt. An der Inertgasleitung 27 werden handelsübliche Inertgas-Druckflaschen 15 angeschlossen. In der Leitung sind weiterhin ein schaltbares Magnetventil 33 und eine Druckreduzierstation 28 vorgesehen. Der Partialdruck des Inertgases im Walzeninnenraum 16 wird so eingestellt, dass die Sauerstoffmenge zwischen 4- 6 % beträgt. Das vermindert die Erstickungsgefahr bei einem Notfall. Weiterhin sind typische Hydrauliköle bei dieser Sauerstoffmenge nicht mehr brennbar.
Insgesamt sollte der Gasdruck im Walzeninnenraum 16 und somit auch im Ölhydrauliktank 20 zwischen 30 und 200 mbar betragen, vorzugsweise zwischen 50 und 80 mbar. Dadurch wird die Formgebung bei besonders schlaffen Walzenmänteln 3 der Biegeeinstellwalze 4 gewährleistet. Der Mantel 3 bleibt aber auch flexibel genug, wenn er die Biegungen rund um einen konvexen Druckschuh 7 mitmachen muss. Deshalb ist in dem Ausführungsbeispiel ein Walzenmantel mit etwa 5 mm Wandstärke aus faserverstärktem Polyurethan gewählt worden.
Um die Temperaturen des Hydrauliköls in Hydrauliköltank 20 und Biegeeinstellwalze 4 besser kontrollieren zu können und einen unerlaubten Anstieg zu vermeiden, ist eine Ölkühlvorrichtung 29 vorgesehen. Sie besteht aus einem Umlaufsystem aus und in den Hydrauliköltank 20, einer Pumpe 30 und einem wassergekühlten Wärmetauscher 31. Ohne dargestellt zu sein, ist möglich, die Temperatur des Öls über Temperaturfühler zu überwachen und zu regulieren.
Mit zusätzlichem Nutzen kann auch ein Druckspeicher 17 für das Inertgas bzw. das Gemisch aus Inertgas und verbliebener Luft vorgesehen sein. Dadurch können die Systemverluste an Inertgas minimiert werden, weil die Zuleitung des Inertgases aus den Druckflaschen 15 für längere Zeit abgeschaltet werden kann, wenn der Druckspeicher 17 einmal mit dem gewünschten Druck gefüllt ist. Gespeist wird der Druckspeicher 17 entweder von den Druckflaschen 15 oder über den Kompressor 19 aus dem Gasraum des Hydrauliköltanks 20.
Nach einem Mantelwechsel ist eine erneute Inertisierung der Biegeeinstellwalze 4 erforderlich. Die Inertgasmenge zum Spülen wird durch die Messung beispielsweise an einem Durchflussmessgerät 36 in der Gasdruckausgleichsleitung 26 vorgenommen. Sobald der Gasanteil der Luft genügend gering ist, wird die Zufuhr des Inertgases abgestellt.
Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das Hydraulikschema entsprechend den Gegebenheiten angepasst werden. Verschiedene Messgeräte und Ventile können an unterschiedlichen Stellen zusätzlich mit entsprechendem Nutzen installiert sein.
Der Vollständigkeit halber seien zusätzliche nicht dargestellte Alarm gebende Sicherungssysteme zum Schutz vor Entzündungen in der Biegeeinstellwalze 4 beispielhaft genannt: