WO2021069383A1

WO2021069383A1 - Walzvorrichtung mit hohlzylinder

Info

Publication number: WO2021069383A1
Application number: PCT/EP2020/077871
Authority: WO
Inventors: Alexander Wangler; Marc Oellrich; Lyon Jaspa TIETZ; Klaus Nagel
Original assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2022-04-07
Also published as: DE102019126895A1

Abstract

Eine Walzvorrichtung (100) zum Auswalzen von Materialbahnen weist einen drehbaren, rollend aufgenommenen Hohlzylinder (110), zumindest ein Stützelement (120) für den Hohlzylinder und ein Druckband (130) auf, das um einen Teil des Umfangs des Hohlzylinders (110) gespannt ist und derart über den Hohlzylinder (110) ablaufen kann, dass auszuwalzendes Material (200) zwischen Druckband (130) und Hohlzylinder (110) geführt wird. Hierbei wird der Hohlzylinder (110) durch das gespannte Druckband (130) und das zumindest eine Stützelement (120) in einer Arbeitsposition gehalten, in der das Stützelement (120) den Hohlzylinder (110) an seiner inneren Mantelfläche oder seiner äußeren Mantelfläche (114) abstützt. Das Druckband (130) ist geeignet, durch sein Ablaufen eine Drehung des Hohlzylinders (110) in der Arbeitsposition und damit eine Förderung des Materials (200) in Drehrichtung zu bewirken.

Description

Beschreibung

Walzvorrichtung mit Hohlzylinder

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walzvorrichtung, in der auszuwalzendes Material über einen Hohlzylinder geführt wird.

In verschiedenen Bereichen der Fertigungstechnik werden Walzvorrichtungen verwendet, in denen ein Material auf einer Walze geführt und gleichzeitig von einem um die Walze gelegten Druckband auf die Walze gepresst wird. Durch den auf das Material wirkenden Druck wird dieses ausgewalzt. Zudem können durch den Druck chemische Reaktionen in dem Material begünstigt und/oder ausgelöst werden, z.B. bei der Vulkanisation einer Kautschukmasse zu Gummi oder dergleichen.

Es ist daher von Interesse, dass ein Bereich, in dem das Material zwischen Druckband und Walze eingepresst ist, möglichst groß ist, um eine größtmögliche Menge des Materials gleichzeitig mit Druck beaufschlagen zu können. Aus diesem Grund müssen die verwendeten Walzen einen großen Radius aufweisen. Hierdurch werden die üblicherweise aus Stahl geformten Walzen sehr schwer. Eine für die Anwendung notwendige drehbare Lagerung der Walzen wird hierdurch technisch komplex und dadurch kostenintensiv. Auch ist die Wartung der Anlage, wie z.B. das Wechseln des Druckbandes oder der Walze, aufgrund der großen Masse und damit der großen Trägheit der Walzen aufwändig.

Neben der Erzeugung von hohem Druck durch das Druckband ist es für viele Fertigungsprozesse notwendig, das auszuwalzende Material auf eine bestimmte Temperatur zu bringen. Zum Beispiel muss Kautschuk erhitzt werden, um die Vulkanisation zu Gummi einzuleiten. Für die Temperierung des auszuwalzenden Materials wird meist die Walze auf eine bestimmte Temperatur gebracht. Dies geschieht aufgrund der Masse mittels eines als Wärmetransporteur fungierenden Temperiermittel wie Thermalöl, Wasser, Dampf oder dergleichen, mit dem Wärme zu- oder abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck sind die verwendeten Walzen in ihrem Inneren mit einem Leitungssystem versehen, das es erlaubt, das Temperiermittel durch die Walze zu führen und diese hierdurch zu heizen oder zu kühlen. Die große Masse der Walze führt hierbei dazu, dass für das Aufheizen der Walze eine große Wärmemenge notwendig ist.

Als Walzen können in diesem Fall keine einfachen Stahlzylinder der gewünschten Größe verwendet werden, die vergleichsweise einfach und günstig hergestellt werden können. Vielmehr ist es notwendig, derartige Stahlzylinder mit einem Leitungssystem für das Temperiermittel zu versehen, wodurch sich die Herstellung der Walzen erheblich verteuert. Auch wird wegen der nötigen Anschlüsse zur Zuführung des Temperiermittels die Aufhängung bzw. Lagerung der Walzen technisch komplex und damit teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Walzvorrichtung anzugeben, deren Walzen in einfacher Weise und kostengünstig hergestellt werden können, die eine Wartung vereinfachen und die bei Bedarf in einfacher und kostensparender Weise auf eine vorgegebene Temperatur gebracht werden können. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche gelöst.

Zum Beispiel kann eine Walzvorrichtung zum Auswalzen einer Materialbahn einen drehbaren, rollend aufgenommenen Hohlzylinder, zumindest ein Stützelement für den Hohlzylinder und ein Druckband aufweisen, das um einen Teil des Umfangs des Hohlzylinders gespannt ist und derart über den Hohlzylinder ablaufen kann, dass auszuwalzendes Material zwischen Druckband und Hohlzylinder geführt wird. Hierbei wird der Hohlzylinder durch das gespannte Druckband und das zumindest eine Stützelement in einer Arbeitsposition gehalten, in der das Stützelement den Hohlzylinder an seiner inneren Mantelfläche oder seiner äußeren Mantelfläche abstützt. Das Druckband ist geeignet, durch sein Ablaufen eine Drehung des Hohlzylinders in der Arbeitsposition und damit eine Förderung des Materials in Drehrichtung zu bewirken. Anstatt einen Vollzylinder als Walze zu verwenden, der entlang seiner Mittelachse drehbar gelagert wird, soll also ein rollend aufgenommener Hohlzylinder verwendet werden. Dies bietet den Vorteil einer erheblichen Massenreduktion, ohne die für den Walzvorgang notwendige Fläche verändern zu müssen, nämlich den Außenmantel des (Hohl-)Zylinders. Auf diese Weise kann Material in erheblichem Umfang eingespart werden, was zu einer Kostenreduktion führt.

Da die verwendete Walze innen hohl ist, ist eine Aufhängung an einer Mittelachse des Hohlzylinders nicht möglich. Vielmehr wird der Hohlzylinder durch das Druckband und zumindest ein Stützelement in seiner Arbeitsposition gehalten.

Bei dem Druckband kann es sich, wie aus dem Stand der Technik bekannt, um ein Stahlband (bzw. eine Stahlbahn) handeln, das über mehrere Rollen oder Lager umgelenkt auf den Hohlzylinder gepresst wird und nahezu die gesamte Breite des Hohlzylinders aufweisen kann. Zug wird durch langsames Ablaufenlassen des Druckbandes auf das Druckband gegeben. Da das Druckband um den Hohlzylinder umläuft, wird das Druckband durch diesen Zug radial auf den Hohlzylinder gepresst. Gleichzeitig bewegt sich das Druckband um einen definierten Winkel zum Hohlzylinder über diesen bzw. über das auf dem Hohlzylinder befindliche Material hinweg. Aufgrund des starken Drucks in Radialrichtung führt dies dazu, dass sich der Hohlzylinder und das vom Druckband darauf gepresste Material aufgrund der hohen Reibung mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, mit der sich das Druckband vorbeibewegt. Auf diese an sich bekannte Weise wird das Material gleichzeitig mit Druck beaufschlagt und durch die Walzvorrichtung gefördert.

Um den Hohlzylinder gegen den Druck des Druckbandes an der gleichen Arbeitsposition zu halten, wie es für einen kontinuierlichen Arbeitsprozess notwendig ist, sind ein oder mehrere Stützelemente notwendig, die den Hohlzylinder gegen diesen Druck abstützen. Diese Stützelemente können den Hohlzylinder an seiner Außenfläche abstützen. Sie sind dann auf der der Auflageseite des Druckbandes gegenüberliegenden Seite des Hohlzylinders angeordnet. Die Stützelemente können aber auch innerhalb des Hohlzylinders angeordnet sein, um den Hohlzylinder an seiner Innenmantelfläche abzustützen. Dann sind die Stützelemente in Richtung des Druckbandes angeordnet. Eine außenliegende Abstützung bietet hierbei den Vorteil, die durch den Hohlzylinder geformte Walze in einfacher Weise montieren bzw. austauschen zu können. Eine innenliegende Abstützung ist demgegenüber platzsparend, was insbesondere bei kompakten Maschinen von Vorteil sein kann.

Durch das Zusammenspiel von Druckband und Stützelement ist es also möglich, die schweren und teuren Vollzylinderwalzen, die üblicher weise verwendet werden, durch Hohlzylinder mit erheblich niedrigerem Gewicht zu ersetzen. Der Aufbau konventioneller Walzvorrichtungen kann dabei bis auf die anders gestaltete Aufhängung der Walze und den Austausch der Walze unverändert bleiben. Insbesondere ist die Führung des Druckbandes und des auszuwalzenden Materials unverändert und einem Fachmann bekannt, weshalb sich an dieser Stelle eine Beschreibung dieser Komponenten erübrigt. Zudem kann die als Hohlzylinder ausgeführte Walze in jeder beliebigen Vorrichtung eingesetzt werden, in der ein Druckband eine Walze mit Druck beaufschlagt. Wesentlich ist hierbei die Gewichtsreduktion durch die Verwendung eines Hohlzylinders sowie das Halten des Hohlzylinders in seiner Arbeitsposition durch das Zusammenwirken von Druckband und zumindest einem Stützelement. Die übrigen Komponenten einer Walzvorrichtung, in der der Hohlzylinder eingesetzt wird, sind demgegenüber nachrangig.

Die Wandstärke des Hohlzylinders kann zwischen 1 % und 20 % des Außendurchmessers des Hohlzylinders betragen, vorzugsweise 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 15 % oder 20 %. Insbesondere kann die Wandstärke des Hohlzylinders in Abhängigkeit vom für den Zylinder verwendeten Material, des zu verarbeitenden Materials und des hierfür aufgebrachten Drucks derart gewählt werden, dass es zu keiner das Arbeitsresultat beeinträchtigenden Verformung des Hohlzylinders kommt. Zum Beispiel können für die Vulkanisierung von Kautschuk Stahlzylinder mit einer Wandstärke im Bereich von 5 cm verwendet werden, z.B. 3 cm, 4 cm, 5 cm oder 6 cm. Trotz dieser erheblichen Wandstärke ergibt sich bei der Verwendung derartiger Hohlzylinder immer noch eine große Materialreduktion und damit eine Gewichts- und Kosteneinsparung.

Der Außendurchmesser des Hohlzylinders kann zwischen 200 mm und 5.000 mm betragen, vorzugsweise 200 mm, 400 mm, 600 mm, 1.000 mm, 1.500 mm, 2.000 mm, 3.000 mm, 4.000 mm oder 5.000 mm. Damit ist die als Hohlzylinder ausgebildete Walze für alle gängigen Walzvorrichtungen einsetzbar. Im Prinzip kann jede Walzengröße für den Hohlzylinder verwendet werden.

Die Stützelemente können den Hohlzylinder in seiner Arbeitsposition entlang mehrerer Achsen stützen. Da die Abstützung des Hohlzylinders nicht mehr zentral über seine Mittelachse läuft, sondern am Außenmantel oder am Innenmantel erfolgt, können die Stützelemente auch entlang mehrerer Achsen angeordnet sein und den Hohlzylinder damit an mehreren Auflagepunkten abstützen. Dadurch verringert sich die für ein einzelnes Stützelement notwendige Tragfähigkeit weiter. Jedes Stützelement kann also einfacher ausgeführt werden, z.B. weniger stabil gegenüber Gewichtsbelastungen. Hierdurch wird die Konstruktion weiter vereinfacht und Kosten können gesenkt werden.

Die Stützelemente können drehbar gelagert sein und der Hohlzylinder kann über die Stützelemente abrollen. Die Stützelemente sind dann als Rollen, Wellen, Wellenzapfen, Freilaufräder, Achsen, Walzen oder dergleichen ausgebildet, auf denen der Hohlzylinder aufliegt und abrollt. Die drehbaren Stützelemente können hierbei jede beliebige Form annehmen. Sie können z.B. gummierte Räder oder auch Stahlwalzen sein, die in der Walzvorrichtung vorhanden sind. Insbesondere von Vorteil ist, wenn Komponenten von konventionellen Walzvorrichtungen, wie z.B. andere Walzen, als Stützelemente für den Hohlzylinder dienen, da dadurch eine Umrüstung von einer Vollzylinderwalze auf eine Hohlzylinderwalze erleichtert wird. Insbesondere kann der Hohlzylinder auf Umlenk- und/oder Führungswalzen der Walzvorrichtung abgestützt werden, d.h. auf Walzen die in der Walzvorrichtung bereits zu anderen Zwecken eingesetzt werden.

Die Stützelemente können auch Gleitelemente sein, auf denen der Hohlzylinder gleitet. Dann drehen sich die Stützelemente nicht selbst, sondern bieten dem Hohlzylinder Gleitflächen oder Gleitprofile, an denen dieser während seiner Drehung kontrolliert entlanggleiten kann. Die Gleitflächen/-profile können hierbei mit einem herkömmlichen Schmiermittel versehen sein, es ist aber auch ein schmiermittelfreies Gleiten denkbar. Die Stützelemente sind vorzugsweise derart geformt, dass die Reibung zwischen Stützelementen und Hohlzylinder minimal wird. In dieser Ausgestaltung der Stützelemente ist die Lagerung des Hohlzylinders denkbar einfach. Der Hohlzylinder wird in der Arbeitsposition von dem Druckband auf die Stützelemente gepresst. Durch das Ablaufen des Druckbandes dreht sich der Hohlzylinder und gleitet dabei über die Stützelemente.

Es versteht sich von selbst, dass auch Ausgestaltungen der Stützelemente denkbar sind, in denen eine Lagerung auf drehbaren Stützelementen mit einer Lagerung auf gleitenden Stützelementen kombiniert wird. Ebenso ist es möglich, dass eine Drehung nicht vollständig ohne Schlupf ausgeführt wird, d.h. dass ein Abrollen und Abgleiten an einem Stützelement in Kombination auftritt.

Die Stützelemente können in Axialrichtung des Hohlzylinders kürzer sein als der Hohlzylinder. Die Stützelemente reichen dann also nicht vollständig durch den Hohlzylinder bzw. stützen diesen nicht vollständig an seinem Außenmantel ab. Insbesondere ist denkbar, dass die Stützelemente nur einen vorgegebenen Außenbereich des Hohlzylinders abstützen, während der Hohlzylinder in seiner Mitte frei schwebt. Es ist aber auch möglich, eine Reihe von Stützelementen, wie z.B. Freilaufräder oder Wellenzapfen entlang einer Achse anzuordnen, so dass der Hohlzylinder nur in einzelnen Bereichen gestützt wird. Ebenso ist es denkbar, den Hohlzylinder in einzelnen Bereichen entlang verschiedener Achsen zu stützen, z.B. beidseitige Randbereiche des Hohlzylinders entlang einer Achse und den Mittelteil entlang zumindest einer weiteren Achse. Einzelne der verschiedenen Stützachsen könne hierbei sowohl außerhalb als auch innerhalb des Hohlzylinders liegen.

Länge und Positionierung der Stützelemente kann damit maximal flexibel gestaltet werden, um eine möglichst stabile und konstruktiv einfache Lagerung des Hohlzylinders zu gewährleisten. Im Prinzip sind der Dimensionierung und Positionierung keine Grenzen gesetzt, solange sie sich in der konkreten Walzvorrichtung räumlich unterbringen lassen können.

Die Stützelemente können kraftflussorientiert angeordnet sein, d.h. sie fangen die von dem Druckband auf den Hohlzylinder ausgeübten Kräfte derart auf, dass daraus eine möglichst geringe Verformung des Hohlzylinders resultiert. Insbesondere können die Stützelemente symmetrisch zu einer durch die vom Druckband ausgeübte Kraft definierten Achse bzw. Ebene angeordnet sein.

Die Walzvorrichtung kann des Weiteren eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Hohlzylinders aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich, in dem das auszuwalzende Material zwischen Druckband und Hohlzylinder geführt werden kann und/oder in einem variablen Bereich. Dadurch kann das Material über das Material des Hohlzylinders (z.B. Stahl) auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden, die für den vorgenommenen Arbeitsschritt vorgesehen ist. Insbesondere kann das Material aufgeheizt werden, um bestimmte chemische Reaktionen hervorzurufen oder zu ermöglichen, wie z.B. die Vulkanisation von Kautschuk. Es ist aber auch möglich, das Material abzukühlen oder auf einer bestimmten Temperatur zu halten, z.B. um derartige Reaktionen zu unterbinden. Aufgrund der im Vergleich zu einem Vollzylinder geringeren Masse des Hohlzylinders ist für das Aufheizen der Walze ein geringerer Energiebetrag notwendig, als dies bei konventionellen beheizbaren Walzvorrichtungen der Fall ist. Der temperierte Bereich kann dabei frei einstellbar sein und z.B. auch mehrere Zonen aufweisen. Es kann aber auch ein räumlich fest stehender Bereich temperiert werden, wie z.B. der Bereich, in dem das Material zwischen Druckband und Hohlzylinder läuft, oder einer oder mehrere Teilbereiche daraus. Die Temperiervorrichtung kann dabei stationär, vorzugsweise im Innenraum des Hohlzylinders, angeordnet sein. Die Temperiervorrichtung dreht sich also nicht mit dem Hohlzylinder mit, sondern ist fixiert. Insbesondere ist die Temperiervorrichtung nicht mit dem Hohlzylinder verbunden oder ein Teil von ihm. Vielmehr geschieht der angestrebte Temperaturausgleich über die Umgebungsluft, mittels (Wärme- )Strahlung oder induktiv. Dadurch wird ein effektiver und einfacher Wärmeaustausch ermöglicht, der vollkommen unabhängig vom Aufbau der verwendeten Walze funktioniert. Technisch aufwändige und kostenintensive Leitungen für ein Wärmetauschmedium in der Walze können damit entfallen.

Die Temperiervorrichtung kann dabei platzsparend innerhalb des Hohlzylinders angeordnet sein, um ohne direkten Einfluss auf das auszuwalzende Material und das Druckband den Hohlzylinder zu heizen oder zu kühlen. Hierdurch wird die Temperierung besonders effektiv. Die Temperiervorrichtung kann aber auch außerhalb des Hohlzylinders angeordnet sein, wodurch sich der Aufbau der Walzvorrichtung vereinfacht. Insbesondere für die Kühlung von Walze, Druckband und Material bieten sich Kühlaggregate an, die diese Elemente z.B. mit einem Luftstrom beaufschlagen.

Ist die Temperiervorrichtung zum Heizen des Hohlzylinders geeignet, geschieht dies vorzugsweise mittels Induktionsheizung, Infrarotheizung oder mittels Heizstrahlern. Dadurch kann der Hohlzylinder, insbesondere von seinem Innenraum aus, in einfacher Weise in einem bestimmten Bereich aufgeheizt werden. Die Verwendung eines Heizmediums entfällt und damit auch eine komplexe Leitungsführung für das Heizmedium. Dies führt zum einen zu einer Kostenreduktion bei der Herstellung der Walze und zum anderen zu einer Energieeinsparung.

Der Hohlzylinder kann an seinem Innenmantel eine Dämmschicht zur Wärmeisolation aufweisen. Dadurch wird die Wärme des Hohlzylinders vorzugsweise in Richtung des auszuwalzenden Materials abgegeben. Die Heizung wird dadurch effektiver.

Die Walzvorrichtung kann des Weiteren zumindest eine Haltevorrichtung aufweisen, die geeignet ist, den Hohlzylinder aufzunehmen, wenn das Druckband entspannt ist. Der Hohlzylinder kann also bei entspanntem Druckband von einer anderen Lagerung als den Stützelementen aufgenommen werden. Da bei entspanntem Druckband kein Druck auf den Hohlzylinder ausgeübt wird, muss die Haltevorrichtung nur das Gewicht des Hohlzylinders tragen. Sie kann deshalb weniger stabil als die Stützelemente ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, die Haltevorrichtung während eines Arbeitsbetriebs aus dem Bereich des Hohlzylinders zu fahren und nur bei Entspannung des Druckbandes einzusetzen. Die Haltevorrichtung kann den Hohlzylinder sowohl hängend tragen als auch als von unten stützendes Gestell ausgebildet sein. Alternativ kann der Hohlzylinder bei entspanntem Druckband auch von zumindest einem Stützelement getragen werden. Dies vereinfacht dann den Aufbau der Walzvorrichtung.

Die oben beschriebene Walzvorrichtung arbeitet also mit Walzen, die kostengünstig und in einfacher Weise hergestellt werden können, die eine Wartung vereinfachen und die bei Bedarf in vereinfachter Weise und mit vergleichsweise geringem Energiebedarf auf eine vorgegebene Temperatur gebracht werden können.

Derartige Walzvorrichtungen sollen im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben werden. Die folgende Beschreibung ist aber als rein beispielhaft anzusehen. Die Erfindung ist allein durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer

Walzvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer

Walzvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung; Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer

Walzvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer

Walzvorrichtung;

Fig. 5A und 5B eine schematische Draufsicht und eine schematische Querschnittsdarstellung einer Walzvorrichtung; und

Fig.6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Walzvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Walze einer Walzvorrichtung 100. Die Walze ist als Hohlzylinder 110 ausgebildet und in einem Bereich 116 von einem Druckband 130 umspannt. Hohlzylinder 110 und Druckband 130 dienen dazu, Material 200 bzw. ein Materialband zwischen sich zu führen, um dieses auszuwalzen.

Die Lage des Hohlzylinders 110 und des Druckbandes 130 im Gesamtverbund der Walzvorrichtung 100 entspricht hierbei dem üblichen, einem Fachmann bekannten Aufbau. Insbesondere kann das Druckband 130 über eine oder mehrere Umlenkrollen 160 über den die Walze konstituierenden Hohlzylinder 110 gespannt und unter Zug langsam in Richtung des Pfeils A geführt werden. Das Druckband 130 kann hierbei aus Stahl gefertigt sein und eine Breite (senkrecht zur Bildebene der Fig. 1) aufweisen, die der des Hohlzylinders 110 entspricht. Die Zugkraft auf das Druckband 130 kann im Bereich von einigen Mega-Newton liegen, z.B. bei 1 MN, 3 MN, 5MN oder dazwischen. Dadurch wird im Bereich 116, in dem das Druckband 130 auf dem Hohlzylinder 110 aufliegt ein Druck von einigen Bar auf das Material 200 erzeugt, z.B. 5 bar, 8 bar, 10 bar oder dazwischen. Insbesondere kann ein Druck zwischen 6 bar und 8 bar erzeugt werden. Durch die Bewegung des Zugbandes 130 in Richtung des Pfeiles A dreht sich der Hohlzylinder 110 in Richtung des Pfeils B, da das auf den Hohlzylinder 110 gepresste Material 200 den Hohlzylinder 110 in die Bewegungsrichtung des Zugbandes 130 mitführt. Auf diese Weise wird das Material 200 mit dem Zugband 130 weiterbefördert. Die Führung des Druckbandes 130 über Umlenkrollen 160 oder dergleichen, die Erzeugung der Zugkraft auf das Druckband 130 und das Führen des Materials 200 durch die Walzvorrichtung 100 ist hierbei aus dem Stand der Technik bekannt und braucht an dieser Stelle nicht mehr näher beschrieben zu werden.

Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Walzen wird in der Walzvorrichtung 100 jedoch der Hohlzylinder 110 verwendet. Der Hohlzylinder 110 kann hierbei in bekannter Weise aus Stahl hergestellt sein. Er kann eine Wandstärke zwischen 1 % und 20 %, vorzugsweise zwischen 5 % und 15 % oder im Bereich von 10% des Außendurchmessers des Hohlzylinders aufweisen. Im Gegensatz zu einem üblicherweise als Walze verwendeten Vollzylinder können also ca. 70 % Material und damit auch Gewicht eingespart werden. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders kann hierbei zwischen 200 mm und 5.000 mm liegen, vorzugsweise zwischen 500 mm und 4.000 mm, oder 1.000 mm und 3.000 mm. Hierdurch wird ein genügend großer Arbeitsbereich 116 gewährleistet. Es versteht sich von selbst, dass der Hohlzylinder 110 aus jedem anderen ausreichend stabilen Material hergestellt werden kann. Stahl ist hierbei nur ein gängiges Beispiel.

Da während des Arbeitsbetriebs, d.h. bei aufgelegtem Zugband, eine Aufhängung entlang einer Mittelachse nicht möglich ist, weist die Walzvorrichtung zumindest ein Stützelement 120 auf, um den Hohlzylinder 110 bei anliegendem Druck durch das Druckband 130 in seiner Arbeitsposition zu halten.

In der Fig. 1 sind zwei Stützelemente 120 dargestellt, die drehbar gelagert sind. Hierbei kann es sich um jede Art von drehbarer Lagerung handeln, z.B. um Wälzlager, Wellen, Rollen, Zapfen, Achsen, Freilaufräder oder dergleichen. Wie in der Fig. 1 gezeigt können derartige drehbar gelagerte Stützelemente 120 an der äußeren Mantelfläche 114 des Hohlzylinders 110 angeordnet sein. Sie nehmen die vom Druckband 130 auf den Hohlzylinder 110 ausgeübten Kräfte auf und erlauben dem Hohlzylinder 110, gemäß der Bewegung des Druckbandes 130 zu rotieren. Die Rotationsgeschwindigkeit des Hohlzylinders 110 liegt hierbei bei einigen Umdrehungen pro Minute, z.B. bei bis zu 5 U/min.

Anstatt den Hohlzylinder 110 auf drehbaren Stützelementen 120 abzustützen, ist es auch möglich Stützelemente 120 zu verwenden, auf denen der Hohlzylinder 110 gleitend geführt wird. Eine derartige Ausgestaltung ist in der Fig. 2 gezeigt. Hier liegen als Gleitsteine ausgebildete Stützelemente 120 an der dem Druckband 130 abgewendeten Seite der äußeren Mantelfläche 114 an. Diese sind derart ausgebildet, dass die Reibung zwischen äußerer Mantelfläche 114 und Stützelementen 120 möglichst reduziert wird, z.B. aufgrund von Gleitprofilen. Das Abgleiten des Hohlzylinders 110 auf den Stützelementen 120 kann hierbei durch Schmiermittel wie Schmieröl oder dergleichen erleichtert werden. Alternativ kann bei entsprechend glatten und harten Oberflächen auch ein schmiermittelfreies Gleiten möglich sein.

Wie in den Fig. 3 bis 6 zu sehen, können die Stützelemente 120 auch im Inneren des Hohlzylinders 110 angeordnet sein. Daraus ergibt sich eine besonders platzsparende Konstruktion, die sich von außen nicht von der Konstruktion herkömmlicher Walzvorrichtungen unterscheidet. Bei der außenliegenden Abstützung ist hingegen der Einbau/Ausbau des Hohlzylinders 110 vereinfacht. Es versteht sich bei allen Abbildungen, dass die Position und die Anzahl der Stützelemente beliebig sind, solange eine sichere Abstützung gegen den Druck des Druckbandes 130 gewährleistet ist.

In der Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Aufhängung des Hohlzylinders 110 mittels zweier Stützelemente 120 gezeigt, die zwei verschiedene Achsen bilden. Dadurch wird die Lagerung des Hohlzylinders 110 stabilisiert, da im Wesentlichen kein Spiel für Bewegungen des Hohlzylinders 110 senkrecht zur Achsenrichtung besteht. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als zwei Achsen in beliebiger Position innerhalb und außerhalb des Hohlzylinders 110 verwendet werden können, solang diese eine sichere Lagerung des Hohlzylinders 110 in seiner Arbeitsposition gewährleisten.

In der Fig. 4 ist ein Beispiel für eine kraftflussorientierte Lagerung des Hohlzylinders 110 mittels eines einzelnen Stützelements 120 gezeigt. Das Stützelement 120 liegt dem Druckband 130 direkt gegenüber und nimmt daher die auf den Hohlzylinder 110 wirkenden Kräfte direkt auf. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als ein Stützelement 120 den Hohlzylinder 110 an seiner inneren Mantelfläche 112 in dem Bereich 116 kraftflussorientiert abstützen können, der dem Druckband 130 gegenüberliegt. Dadurch kann der Hohlzylinder bei Bedarf weiter gegen die Kräfte des Druckbandes 130 abgestützt werden.

Die Walzvorrichtung 100 kann des Weiteren eine Temperiervorrichtung 140 zum Temperieren des Hohlzylinders 110 aufweisen, also insbesondere zum Heizen und Kühlen des Hohlzylinders 110. Dies kann z.B. bei Anwendungen von Vorteil sein, bei denen das Material 200 auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden muss. So ist es z.B. bei der Vulkanisation von Kautschuk zu Gummi notwendig, neben einem definierten Druck auch eine definierte Temperatur vorzuhalten. Ebenso kann es aber für andere Produktionsverfahren notwendig sein, das Material 200 zu kühlen oder auf einer bestimmten Temperatur zu halten.

Zu diesem Zweck wirkt die Temperiervorrichtung 140 auf den Bereich 116 ein, um die Temperatur des Materials 200 einzustellen. Wie in der Fig. 2 gezeigt, kann dies durch Temperiervorrichtungen 140 erreicht werden, die im Inneren des Hohlzylinders 110 angeordnet sind. Zum Beispiel kann sich eine Heizwendel, ein Infrarotstrahler oder dergleichen im Inneren des Hohlzylinders 110 befinden, der Wärmestrahlung an den Bereich 116 des Hohlzylinders 110 abgibt und ihn damit in diesem Bereich 116 aufheizt. Auch kann der Hohlzylinder 110 induktiv aufgeheizt werden. Da eine Aufheizung des Hohlzylinders 110 im Wesentlichen in dem Bereich von Interesse ist, in dem das Material 200 in Kontakt mit dem Hohlzylinder 110 steht, kann die Wärmestrahlung bzw. das Induktionsfeld auf diesen Bereich fokussiert werden. Dadurch wird die Heizung bei gleichem Energieeinsatz effizienter. Anstatt einer Heizung kann aber auch eine Kühlung von innen erfolgen, z.B. durch Kühlaggregate oder einen einfachen Kühlluftstrom.

Die Temperiervorrichtung 140 kann aber auch auf andere Teilbereiche des Hohlzylinders 110 einwirken als den Bereich 116. Insbesondere können Teilbereiche temperiert werden, die kleiner oder größer als der Bereich 116 sind, die vor oder nach dem Bereich 116 angeordnet sind oder die mit dem Bereich 116 überlappen. Auch kann der Wirkbereich der Temperiervorrichtung 140 variabel sein und sich z.B. zeitlich verändern lassen.

Wie in der Fig. 3 gezeigt kann die Temperiervorrichtung 140 alternativ oder ergänzend von außen auf die Kombination von Hohlzylinder 110, Material 200 und Druckband 130 einwirken. Dies vereinfacht die Konstruktion der Walzvorrichtung 100, ist aber weniger platzsparend. Auch die außenliegende Temperiervorrichtung 140 kann als Heizung oder Kühlung ausgebildet sein. Auch hier ist eine Fokussierung auf den Bereich 116 möglich.

Auf diese Weise kann ohne den Einsatz eines Leitungssystems innerhalb der Wandung des Hohlzylinders 110, d.h. der in der Walzvorrichtung 100 verwendeten Walze, die Temperatur des auszuwalzenden Materials 200 eingestellt werden. Dadurch entfallen teure und technisch komplexe Anschlüsse für ein Temperiermedium. Zudem wird die Herstellung der Walze weniger kostenintensiv und technisch einfacher.

Um die Temperierung des Materials 200 besonders effektiv zu gestalten, kann die innere Mantelfläche 112 des Hohlzylinders 110 mit einer Isolier- oder Dämmschicht ausgebildet sein, die einen Wärmetransport vom Hohlzylinder 110 in seinen Innenraum reduziert. Hierzu befindet sich die Temperiervorrichtung 140 bevorzugt nicht selbst in diesem Innenraum, ausgenommen bei induktiven Verfahren. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist die Temperiervorrichtung 140 bevorzugt statisch angeordnet, d.h. sie steht im Vergleich zum rotierenden Hohlzylinder 110 fest und wirkt jeweils auf die Abschnitte des Hohlzylinders 110 ein, die in den Wirkbereich der Temperiervorrichtung 140 rotiert werden (in der Fig. 2 als gestrichelter Konus, in der Fig. 3 als Wellenlinien dargestellt). Falls dies erwünscht ist, kann die Temperiervorrichtung 140 aber auch drehbar angeordnet sein, um stets auf den gleichen Bereich des Hohlzylinders 110 einzuwirken. Auch kann die Temperiervorrichtung 140 auf den gesamten Hohlzylinder 110 einwirken, falls dies von Vorteil ist.

In den Fig. 5A, 5B und 6 sind beispielhafte Ausgestaltungen der Walzvorrichtung 100 gezeigt, die zusätzlich zu den oben beschriebenen Elementen eine Haltevorrichtung 150 zum Lagern des Hohlzylinders 110 aufweisen, wenn das Druckband 130 entspannt ist.

Die Fig. 5A zeigt eine Draufsicht auf den Hohlzylinder 110 in seiner Arbeitsposition. Die Fig. 5B zeigt eine Querschnittsdarstellung des Hohlzylinders 110 entlang der Linie l-l.

Wie in der Fig. 5A zu sehen, liegt eine Reihe von Stützelementen 120 entlang einer Achse x an der inneren Mantelfläche 112 des Hohlzylinders 110 an. Die Stützelemente 120 haben dabei eine kürzere axiale Länge als der Hohlzylinder 110 und stützen dadurch nur einen Randbereich und einen mittleren Bereich des Hohlzylinders 110. Die Stützelemente 120 können hierbei z.B. Freilaufräder oder Wellenzapfen sein, die an der Achse x gelagert sind.

Es versteht sich von selbst, dass auch mehrere oder weniger derartig geformte Stützelemente 120 entlang einer Achse aufgereiht sein können. Insbesondere können auch nur die Randbereiche des Hohlzylinders 110 von Stützelementen 120 getragen werden. Ebenso versteht es sich von selbst, dass sämtliche in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Stützelemente 120 sich nicht über die gesamte Länge des Hohlzylinders 110 erstrecken müssen, sondern nur über ausgewählte Teile und in axialer Reihung mit anderen Stützelementen 120.

In axialer Position müssen Stützelemente 120 auf verschiedenen Achsen auch nicht an der gleichen Position liegen. Vielmehr ist eine nur in einzelnen Bereichen, d.h. nur an einer begrenzten Fläche des Hohlzylinders 110 angreifende Abstützung durch verschiedene drehbare oder nicht drehbare Stützelemente 120 verschiedener Ausgestaltung und verschiedener Dimensionierung denkbar. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 6, in der außenliegende Gleitelemente entlang zweier Achsen mit einer innenliegenden drehbaren Lagerung entlang einer weiteren Achse kombiniert sind.

Die Walzvorrichtung der Fig. 5A und 5B weist zusätzlich eine durchgängige Welle oder einen durchgängigen Stab als Haltevorrichtung 150 auf. Wie in der Fig. 5B zu sehen, befindet dieser sich in der Arbeitsposition des Hohlzylinders 110 im Innenraum des Hohlzylinders 110, ohne den Hohlzylinder zu berühren. Entspannt sich nun das Druckband, sinkt der Hohlzylinder 110 nach unten, bis er von der Haltevorrichtung 150 gegen die Schwerkraft gestützt wird. In dieser Wartungsposition hängt der Hohlzylinder 110 also an der Haltevorrichtung 150. Hierzu kann es auch ausreichen, zwei in den Randbereich des Hohlzylinders 110 eingreifende Bolzen oder ähnliches anstatt eines durchgehenden Stabes für die Haltevorrichtung 150 zu verwenden. Diese können im Prinzip auch in axialer Richtung aus dem Hohlzylinder 110 herausfahrbar sein, wodurch die Installation bzw. der Austausch des Hohlzylinders 110 vereinfacht wird.

Wie in der Fig. 6 beispielhaft gezeigt, kann sich eine Haltevorrichtung 150 auch unterhalb des Hohlzylinders 110 befinden, um diesen an seiner äußeren Mantelfläche 114 abzustützen. Der Hohlzylinder 110 liegt dann bei entferntem Druckband 130 auf der Haltevorrichtung 150 auf und wird von dieser getragen. Auch hier ist es möglich, die Haltevorrichtung 150 nur an die Randbereiche des Hohlzylinders 110 angreifen zu lassen und die Haltevorrichtung 150 bei Betrieb der Walzvorrichtung von dem Hohlzylinder 110 zu entfernen. Auf diese Weise kann der Hohlzylinder 110 zur Wartung der Walzvorrichtung 100 oder zum Austausch von Komponenten der Walzvorrichtung 100 sicher gelagert werden, ohne die Stützelemente 120 zu beanspruchen. Zudem erlaubt die zusätzliche Haltevorrichtung 150, die Stützelemente 120 flexibler und insbesondere kraftflussorientiert zu platzieren, da keine Rücksicht darauf genommen werden muss, dass die Stützelemente 120 den Hohlzylinder 110 in einer Wartungsposition, d.h. ohne Krafteinwirkung durch das Druckband 130 ebenfalls halten können.

Wie oben beschrieben bietet sich also eine Vielzahl von vorteilhaften Möglichkeiten, eine als Hohlzylinder ausgebildete Walze anstatt eines Vollzylinders in einer Walzvorrichtung zu verwenden. Die geringere Masse des Hohlzylinders hat hierbei den Vorteil, die Herstellung der Walze günstiger zu machen. Zudem wird auch der Betrieb günstiger, da weniger Energie für die Bewegung - und falls gewünscht für die Temperierung - der Walze aufgewendet werden muss.

Bezugszeichenliste Walzvorrichtung Hohlzylinder inneren Mantelfläche des Hohlzylinders äußere Mantelfläche des Hohlzylinders Bereich in dem das Material vom Druckband geführt wird Stützelemente Druckband Temperiervorrichtung Haltevorrichtung Umlenkrolle auszuwalzendes Material

Claims

Ansprüche

1. Walzvorrichtung (100) zum Auswalzen von Materialbahnen, aufweisend einen drehbaren, rollend aufgenommenen Hohlzylinder (110); zumindest ein Stützelement (120) für den Hohlzylinder; und ein Druckband (130), das um einen Teil des Umfangs des Hohlzylinders (110) gespannt ist und derart über den Hohlzylinder (110) ablaufen kann, dass auszuwalzendes Material (200) zwischen Druckband (130) und Hohlzylinder (110) geführt wird; wobei der Hohlzylinder (110) durch das gespannte Druckband (130) und das zumindest eine Stützelement (120) in einer Arbeitsposition gehalten wird, in der das Stützelement (120) den Hohlzylinder (110) an seiner inneren Mantelfläche (112) oder seiner äußeren Mantelfläche (114) abstützt; und das Druckband (130) geeignet ist, durch sein Ablaufen eine Drehung des Hohlzylinders (110) in der Arbeitsposition und damit eine Förderung des Materials (200) in Drehrichtung zu bewirken.

2. Walzvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Wandstärke des Hohlzylinders (110) zwischen 1 % und 20 % des Außendurchmessers des Hohlzylinders (110) beträgt, vorzugsweise 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 15 % oder 20 %.

3. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Außendurchmesser des Hohlzylinders (110) zwischen 200 mm und 5.000 mm beträgt, vorzugsweise 200 mm, 400 mm, 600 mm, 1.000 mm, 1.500 mm, 2.000 mm, 3.000 mm, 4.000 mm oder 5.000 mm.

4. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stützelemente (120) den Hohlzylinder (110) in seiner Arbeitsposition entlang mehrerer Achsen stützen.

5. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (120) drehbar gelagert ist und der Hohlzylinder (110) über das Stützelement (120) abrollt; oder der Hohlzylinder (110) auf Umlenk- und/oder Führungswalzen der Walzvorrichtung (100) abgestützt wird; oder der Hohlzylinder (110) auf dem zumindest einen Stützelement (120) gleitet.

6. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stützelemente (120) in Axialrichtung des Hohlzylinders (100) kürzer sind als der Hohlzylinder (110).

7. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (120) kraftflussorientiert angeordnet ist.

8. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Temperiervorrichtung (140) zum Temperieren des Hohlzylinders (110), vorzugsweise in einem Bereich (116), in dem das auszuwalzende Material (200) zwischen Druckband (130) und Hohlzylinder (110) geführt werden kann und/oder in einem variablen Bereich.

9. Walzvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Temperiervorrichtung (140) stationär, vorzugsweise im Innenraum des Hohlzylinders (110), angeordnet ist.

10. Walzvorrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Temperiervorrichtung (140) zum Heizen des Hohlzylinders (110) geeignet ist, vorzugsweise mittels Induktionsheizung, Infrarotheizung oder Heizstrahlern.

11. Walzvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Hohlzylinder (110) an seiner inneren Mantelfläche (112) eine Dämmschicht (118) zur Wärmeisolation aufweist.

12. Walzvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren aufweisend zumindest eine Haltevorrichtung (150), die geeignet ist, den Hohlzylinder (110) aufzunehmen, wenn das Druckband (130) entspannt ist.