DE10026883C1 - Walzenvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Walzvorrichtung umfaßt eine Walze (10) mit einer zylindrischen Ausnehmung (6), in der über den Umfang verteilte stabförmige Heizelemente (9) angeordnet sind, die über einen Schleifringsatz (12) von einer Steuereinrichtung (20) separat mit elektrischer Energie versorgt werden können. Eine Näherungssonde (28) stellt einen etwa vorhandenen Schlag fest, dessen Winkellage durch einen Winkelgeber (24) bestimmt wird. Die Steuereinrichtung (20) steuert mit den Signalen der Meßeinrichtungen (24, 28) das dem Schlag jeweils gegenüberliegende Heizelement (9) derart an, daß dort eine bevorzugte radiale thermische Dehnung eintritt, die den Schlag mildert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walzenvorrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine solche Walzenvorrichtung ist z. B. aus der EP 813 632 B1 bekannt. In der zylindrischen Ausnehmung des Walzenkörpers ist eine Heizeinrichtung ange­ ordnet, die zur Erhöhung der Temperatur am arbeitenden Walzenumfang und da­ mit zur direkten Beeinflussung der mit der Walze durchgeführten Behandlung ei­ ner Warenbahn dient. Das Ziel bei der bekannten beheizten Walze besteht darin, eine möglichst gleichmäßige Beheizung quer zur Warenbahn, d. h. über die Länge der Walze zu erzielen.

Aus der US 3,624,353 ist eine Hohlwalze bekannt, deren zylindrischer Mantel auf seiner Innenseite mit mehreren Heizelementen versehen ist, die in Achsrichtung der Walze nebeneinander angeordnet sind und sich jeweils über den vollen Walzenumfang erstrecken. Durch die separate Ansteuerung der einzelnen Heizelemente ist es möglich, in Achsrichtung unterschiedliche Temperaturprofile des Walzenmantels einzustellen.

Aus der DE 296 22 957 U1 ist eine Walze bekannt, deren Walzenkörper in geringem radialen Abstand unter dem arbeitenden Walzenumfang über die Länge des Walzenkörpers durchgehende achsparallele Bohrungen aufweist. In diesen sind stabförmige Heizelemente angeordnet, wobei zumindest zwei Heizelemente jeweils eine Gruppe bilden, innerhalb derer die Heizelemente über den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Heizelemente einer Gruppe sind derart miteinander wirkungsverbunden, daß bei Ausfall eines Heizelements der Gruppe sämtliche Heizelemente der Gruppe außer Betrieb setzbar sind. Durch diese Maßnahmen soll bewirkt werden, daß eine ungleichmäßige Beheizung des Walzenkörpers auch bei Ausfall eines Heizelements nicht eintreten kann.

Der Erfindung liegt eine andere Zielsetzung zugrunde, nämlich eine mög­ lichst große Rundlaufgenauigkeit der Walze zu erzielen. Besondere Anforderun­ gen werden in dieser Hinsicht bei der Ultraschallverfestigung von Vliesen aus thermoplastischen Fasern gestellt. Hierbei wirkt ein Ultraschallerzeuger über eine Sonotrode, d. h. einen Übertrager des Ultraschalls, radial gegen eine ein Verfesti­ gungsmuster in Gestalt einer Oberflächengravur tragende Gegenwalze, wobei das Vlies zwischen der Stirnseite der Sonotrode und dem Umfang der Gegenwalze hindurchgeleitet wird. An den erhabenen Stellen der Oberflächengravur ist die Übertragung der Ultraschallenergie auf das Vlies besonders intensiv, so daß hier eine bevorzugte Temperaturerhöhung und eine bevorzugte Verschmelzung der Fasern eintreten.

Es ist bei den heutigen Möglichkeiten der spanabhebenden Bearbeitung von Walzen, die als Gegenwalzen in einer solchen Verfestigungsanlage in Be­ tracht kommen durchführbar, bei Walzenlängen von 2 bis 3 Meter eine Rundlauf­ genauigkeit von 5 µm einzuhalten. Diese Genauigkeit reicht jedoch für einen gleichmäßigen Verfestigungsprozeß manchmal nicht aus. Läuft nämlich die den "Schlag" der Walze bildende Umfangsstelle unter die Sonotrode ein, so verringert sich der Spalt zwischen der Stirnfläche der starr im Maschinengestell der Verfesti­ gungsanlage gelagerten Sonotrode und dem Umfang der Gegenwalze um die verbliebene Schlaghöhe, d. h. um die verbliebene Rundlaufungenauigkeit. Dadurch steigt die an dieser Umfangsstelle auf das Vlies übertragene Leistung an und kommt es dort zu einer stärkeren Verfestigung des Vlieses und einem damit ein­ hergehenden höheren Wärmeeintrag auf diesen Bereich der Walze.

Die thermische Dehnung wirkt im Sinne einer Vergrößerung der Rund­ laufungenauigkeit. Die erzielte Verfestigungswirkung schwankt zunehmend im Rhythmus des Umlaufs der Gegenwalze.

Eine aufgrund der mechanischen Bearbeitung vorhandene Rundlaufunge­ nauigkeit schaukelt sich bei einem solchen Einsatz einer Walze also gewisserma­ ßen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartigen Effekten entgegenzu­ wirken.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Es werden also bestimmte der über den Umfang verteilten Heizelemente separat angesteuert und aktiviert, um einem nach seiner Lage in Umfangsrichtung ermittelten Rundlauffehler entgegenzuwirken. Im Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik geht es also nicht um die Längendimension der Walze, sondern um ihre Umfangsdimension, und es steht auch nicht die Gleichmäßigkeit der Temperatur im Vordergrund, sondern im Gegensatz dazu eine gezielte Ungleich­ mäßigkeit durch die bevorzugte Beheizung bestimmter Heizelemente.

Bei einer bekannten Lage des Rundlauffehlers (im Sinne des Umfangsbe­ reichs vergrößerten Radius) wird auf der gegenüberliegenden Seite beheizt, so daß sich dort eine in Umfangsrichtung lokalisierte thermische Ausdehnung des Walzenkörpers einstellt, die dem von der mechanischen Bearbeitung verbliebenen Schlag entgegengesetzt ist. Die Beheizung muß nicht mit hoher Energiekonzen­ tration erfolgen, da die Rundlaufungenauigkeiten und die entsprechenden zu er­ zeugenden thermischen Dehnungen auf der gegenüberliegenden Seite nur in der Größenordnung von einigen µ liegen.

In der Ausnehmung des zylindrischen Walzenkörpers kann praktisch spiel­ frei ein mitdrehender zylindrischer Kern gemäß Anspruch 2 angeordnet sein, der zur Aufnahme der stabförmigen Heizelemente an seinem Umfang achsparallele Ausnehmungen aufweist. Der Kern trägt also die Heizelemente. Die Anwendung eines solchen Kerns erleichtert die Unterbringung der Heizelemente, für die nicht am Innenumfang des Walzenkörpers Längsnuten geschaffen werden müssen.

Eine einfache Art und Weise der separaten Versorgung über den Umfang verteilter stabförmiger Heizelemente ist der Anschluß derselben an einem mit der Walze umlaufenden Schleifringringsatz.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Walze;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt etwa nach der Linie II-II in Fig. 1.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Walzenvorrichtung des Aus­ führungsbeispiels ist für eine Ultraschall-Verfestigungsanlage für thermoplastische Vliese vorgesehen. Sie umfaßt eine Walze 10 mit einem Walzenkörper 1 mit einer zylindrischen, den arbeitenden Walzenumfang 2 bildenden Umfangsfläche, deren Breite durch die Breite der zu verarbeitenden Warenbahn bestimmt ist. Der Wal­ zenkörper 1 hat an den beiden Enden axial vorstehende Walzenzapfen 3, auf de­ nen die Walze 10 über Lager 4 in einem nur angedeuteten Maschinengestell 5 um die Achse A, zu der der arbeitende Walzenumfang 2 koaxial ist, drehbar gelagert ist.

Bei der Herstellung der Walze 10 wurde die von der Bearbeitungstechnik her größtmögliche Genauigkeit angestrebt. Eine gewisse verbleibende Rundlau­ fungenauigkeit ist aber unvermeidlich. In manchen Fällen ist es erforderlich, die Rundlaufgenauigkeit noch zu verbessern, z. B., wenn die Walze 10 als mit der Gravur versehene Gegenwalze in der besagten Ultraschallverfestigungsanlage eingesetzt wird.

Der Walze 10 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage des verbliebe­ nen "Schlages" in Umfangsrichtung zugeordnet. Diese Einrichtung umfaßt einen feststehend im Walzenständer angeordneten Sensor 28 zur Ermittlung der Um­ fangsstelle des maximalen Schlages, d. h. der maximalen Annäherung des arbei­ tenden Walzenumfangs 2 an den Sensor 28. Außerdem ist ein Winkelgeber 24 vorgesehen, der die Winkelstelle zu erfassen gestattet, an der der maximale, durch den Sensor 28 ermittelte Schlag vorliegt. Die Signale des Sensors 28 und des Winkelgebers 24 werden einem Steuergerät 20 zugeleitet, welches die Si­ gnale verarbeitet. Der Walzenkörper 1 weist in seinem Innern eine zu der Achse A koaxiale zylindrische durchgehende Ausnehmung 6 auf, in die ein zylindrischer, im Durchmesser passender Einsatz 7 eingesetzt ist, der sich im wesentlichen über die Länge der Walze 10 erstreckt. Der Einsatz 7 weist an seinem Außenumfang über seine Länge durchgehende achsparallele Ausnehmungen 8 auf, in denen stabförmige elektrische Heizelemente 9 angeordnet sind, die sich über die Länge der Walze 10 erstrecken und an dem in Fig. 1 rechten Ende mit den Schleifringen 11 eines als Ganzes mit 12 bezeichneten Schleifringkopfes verbunden sind. Jedes Heizelement 9 kann separat mit elektrischer Energie versorgt werden, unabhängig von den anderen noch vorhandenen Heizelementen 9. Die elektrische Energie wird von dem Steuergerät 20 über die Leitungen 21 den einzelnen Schleifringen 11 zugeführt. Der Schleifringkopf 12 sitzt auf einem aus dem in Fig. 1 rechten En­ de der Walze 10 hervorstehenden Verlängerungszapfen 13 des Kerns 7.

Wenn der Sensor 28 im Verein mit dem Winkelgeber 24 festgestellt hat, daß die Walze 10 einen Schlag an der Stelle aufweist, die gemäß Fig. 1 oben liegt, so daß also der Abstand 14 des arbeitenden Walzenumfangs 2 von der Ach­ se A dort größer ist als der entsprechende Abstand 14' auf der gegenüberliegen­ den Seite, sorgt das Steuergerät 20 dafür, daß das in Fig. 1 unten gelegene Hei­ zelement 9' bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt wird. Der radiale Bereich 14' wird dadurch bevorzugt erwärmt und erfährt eine entsprechende radiale ther­ mische Dehnung, die dem "Schlag" an der Oberseite entgegengesetzt ist und die­ sen zumindest teilweise wettmacht.

Die Zahl von vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Heizelemente 9 ist nur ein Merkmal des Ausführungsbeispiels. Es könnten auch drei oder mehr als vier Heizelemente 9 über den Umfang verteilt vorhanden sein.

Claims (3)

1. Walzenvorrichtung mit einer Walze (10), die hohen Ansprüchen an die Rundlaufgenauigkeit genügt,
mit einem zylindrischen, den arbeitenden Walzenumfang (2) bildenden Walzenkörper (1) der Walze (10), der an den Enden in einem Walzengestell drehbar gelagert ist und im Innern zumindest über einen wesentlichen Teil der Länge des arbeitenden Walzenumfangs (2) eine zum Walzenumfang (2) koaxiale zylindrische Ausnehmung (6) aufweist,
und mit einer im Innern der Ausnehmung (6) angeordneten Heizvor­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Ausnehmung (6) mehrere stabförmige, achsparallele, über den Umfang verteilte, separat ansteuerbare Heizele­ mente (9) vorgesehen sind und der Walze (10) eine Einrichtung (24, 28) zur Bestimmung der Winkellage eines Rundlauffehlers zugeordnet und mit einer Steuereinrichtung (20) derart wirkungsverbunden ist, daß durch separate Ansteuerung nach der Lage des Rundlauffehlers ausgewählter Heizelemente (9) dem Rundlauffehler entgegenwirkbar ist.

2. Walzenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausnehmung (6) der Walze (10) ein diese im wesentlichen aus­ füllender, mitdrehender, zylindrischer Kern (7) angeordnet ist, der an seinem Außenumfang achsparallele Ausnehmungen (8) zur Aufnahme der Heizele­ mente (9) aufweist.

3. Walzenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit der Walze (10) ein Schleifringsatz (12) drehverbunden ist, mittels dessen den einzelnen Heizelementen (9) separat elektrische Energie zuführbar ist.