TurboRolls – Walzen mit besonderen Vorzügen

Der Qualitätsanspruch an Papierprodukte steigt kontinuierlich. Zur Verbesserung der Dickenquerprofile können hier externe Profilierungssysteme mit entsprechend hohem Energieverbrauch eingesetzt werden. Eine Alternative stellt die Verwendung von durchbiegungs- oder zonengesteuerte Walzen dar. Bei der Optimierung von Walzenstapelsystem zur Minimierung des W-Profilfehlers, sind spezialisierte Walzen das kostenoptimierte Mittel der Wahl. Diese ermöglichen neben der Durchbiegungssteuerung auch lokale Korrekturen.

Seit dem ersten Einsatz von durchbiegungsgesteuerten Walzen in der Papierindustrie im Jahr 1961 sind fast 60 Jahre vergangen. Der Einsatz von Papiermaschinen über 8 m Breite und der Herstellung von mehr als 1 km Papier pro Minute (also 8000 m² – genug um 2 Fußballfelder abzudecken) wäre ohne diese Erfindung nicht denkbar. Papier und Pappe sind heute mehr denn je ein Verbrauchsmaterial.

Durchbiegungsgesteuerte Walzen – die sogenannten „schwimmenden“ Walzen

Die Funktion der durchbiegungsgesteuerten Walzen ist schnell erklärt. Eine feststehende Achse, ein Rohr und Pendelrollenlager, welche die Achse mit dem Rohr verbinden. Zusätzlich noch Stirndichtungen an den beiden Achsenden sowie Längsdichtungen zwischen den Stirndichtungen – und schon ist das rotierende Rohr in zwei Kammern geteilt. Durch Öl in der Druckkammer wird die Verformung des Rohrs beeinflusst. Mit dem Differenzdruckregler wird der Druck gesteuert sowie Öl in die zweite Kammer geführt. Dort wird es dann beinahe drucklos wieder aus der Walze geführt.

Durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern und die Fixierung des Rohrs an beiden Enden kann die Durchbiegung des Rohrs bestimmt werden. Et voila – die Konstruktion, welche die fix bombierten Walzen ersetzte und linienlastabhängige, geschliffene Bombagen überflüssig machte, war erfunden. Natürlich hört sich das sehr viel leichter an, als es damals wirklich war, die Papierindustrie davon zu überzeugen.

Es ist viel Zeit vergangen seit den ersten Tagen der „schwimmenden“ Walze. Alle Komponenten in der Papiermaschine wurden verbessert und optimiert, so auch die durchbiegungsgesteuerten Walzen. Ging es zunächst darum was technisch machbar war, so ist heute die Auswahl des geeigneten Werkzeuges mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit maßgeblich.

Bellmer hat die eigenen Walzen seit Jahren ständig an neue Anforderungen der Kunden angepasst, vorhandene Walzentypen verbessert und dadurch sein Walzensystem kontinuierlich ausgebaut. Die Eckpfeiler bilden die TurboRoll CC (eine durchbiegungsgesteuerte Walze) und die TurboRoll MZ Pro (eine zonengesteuerte Walze zur Feinprofilierung).

Die Vielfalt an situationsgerechten Lösungen, die Bellmer heute bietet, ist eindrucksvoll.

Damit das „W“ kein Problem mehr ist – die optimierte Walzenkonstruktion

Die durchbiegungsgesteuerte Walze mit einer Druckkammer ermöglicht große Bahnbreiten, die zonengesteuerten Walzen zusätzlich eine bessere Profilierung in Querrichtung der Papierbahn. Beide Walzentypen haben auch heute noch ihre Berechtigung, besonders im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit. Die durchbiegungsgesteuerte Walze mit Druckkammer weist allerdings eine physikalische Schwäche auf, die heute mehr ins Gewicht fällt – der W Profil Fehler.

Definieren wir zunächst diesen Fehler. Wir betrachten ein Walzenpaar aus einer durchbiegungsgesteuerten Walze und einer Gegenwalze. Selbst bei einem optimalen Walzeninnendruck existiert eine Verformungsdifferenz der beiden Walzen. Diese ist unter dem Fachausdruck „W-Profil-Fehler“ bekannt.

Die Verformungsdifferenz resultiert aus dem unterschiedlichen Biegeverhalten und der jeweiligen Schalenverformung (Ovalisierung / Abplattung) der Walzen. Dabei hat die Schalenverformung der Walzen einen deutlich größeren Einfluss auf den W‑Profil‑Fehler als das unterschiedliche Biegeverhalten. Allein das Gleichsetzen der Lagermittenmaße, wodurch entsprechend der Biegelinien-Theorie ein identisches Verformungsverhalten resultiert, ist somit nicht ausreichend, um den W‑Profil‑Fehler maßgeblich zu verringern. Da die Schalenverformung einen anderen charakteristischen Verlauf hat als die Biegelinie, kann der daraus resultierende Fehler nicht durch Anpassung des Walzeninnendrucks eliminiert werden. Man kann ihn lediglich verringern.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den Verlauf des Fehlers der Biegeausgleichswalze, welcher aufgrund der Schalenverformung resultiert. Mit einer gegenläufigen Biegeliniendifferenz der beiden Walzen wird diesem (durch optimale Einstellung des Walzeninnendrucks) entgegengewirkt. Daraus resultiert der Gesamtfehler (W‑Profil‑Fehler) der Linienlastabweichung, welcher in der Form einem „W“ ähnelt.

Mit zunehmendem Anspruch an die Querprofile und den deutlich verbesserten Möglichkeiten im Vorfeld vor dem Kalander (Stoffauflauf, Entwässerung, Pressen- und Trockenpartie bieten ein höheres Potential als noch vor 10 Jahren) besteht heute zunehmend die Notwendigkeit diesen Fehler abzustellen, um das Profil im Kalander nicht zu verschlechtern.

W-Profil Fehler

Die TurboRoll CC Pro – Eine wirtschaftliche, effektive und wegweisende Lösung zur Querprofilverbesserung

Die Lösung dieses Problems bieten Walzen mit Stützelementen, wie unsere TurboRoll CC Pro. An den richtigen Positionen werden Stützelemente hinzugefügt, um in Abhängigkeit vom Differenzdruck eine lokale Korrektur einzubringen. Der Verlauf der Schalenverformung wird so in Querrichtung abgeflacht. Durch die Erhöhung des Walzen-Innendrucks kann der Fehler besser kompensiert werden. Die Kurve aus Schalenverformung und Biegeliniendifferenz von Gegenwalze und durchbiegungsgesteuerter Walze werden bezüglich der Form deutlich ähnlicher, sobald Elemente in der Walze verbaut sind.

Vergleich Relative Schalenverformung

Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, das Rohr der durchbiegungsgesteuerten Walze zu verlängern. Leider ist diese Lösung nur begrenzt wirksam. Die Schalenverformung wird zwar betragsmäßig verringert, kann jedoch aufgrund der Verlaufsform weiterhin nur unzureichend durch eine Erhöhung des Walzeninnendrucks ausgeglichen werden. Außerdem wird bei dieser Maßnahme eine Abstandsvergrößerung der Walzenlagerungen notwendig.

Vergleich Relative Linienlastabweichung

Im direkten Vergleich resultieren folgende Abweichungen von der mittleren Linienlast für das oben dargestellte Beispiel einer Walze mit etwa 5 m Arbeitsbreite:

  • TurboRoll CC:                                       9%                  Rohr in Standardlänge
  • Walze mit verlängertem Rohr:   7%                 Rohr um 500 mm verlängert
  • TurboRoll CC Pro:                              3%                  Rohr in Standardlänge

Die Verlängerung des Rohres verbessert die Abweichung im Profil lediglich von 9% auf 7%, wohingegen die TurboRoll CC Pro den Fehler auf ein Drittel reduziert!

Fazit zur TurboRoll CC Pro: die zonengesteuerte Walze ist dank dem Einsatz von Stützelementen wegweisend, wirksam und wirtschaftlich!

Für alle, die nach Alternativen suchen, hier eine Auswahl weiterer Walzentypen zur Querprofilthematik:

TurboRoll EC Pro / EC Pro +

Entwickelt um Korrekturen in definierten Bereichen – insbesondere den Randbereichen – zu erlauben oder auch als Spezialwalze für Dekorpapierkalander-Anwendungen.

TurboRoll MZ

Seit Jahren das Werkzeug für beste Feinprofilierung im Zusammenspiel mit dem QCS System (Scanner). Bei externen Profilierungssystemen erfolgt die thermische Beeinflussung des Papierprofils systembedingt erst mit einer Verzögerung. Bei der TurboRoll MZ Pro steht der hydraulische Druck dagegen umgehend zur Verfügung und somit auch der Einfluss auf das Papier. Im Vergleich zu externen thermisch arbeitenden Profilierungssystemen benötigt man bei Verwendung der TurboRoll MZ Pro lediglich 1/3 der Zeit, bis nach einem Papierriss wieder ein stabiles Dickenquerprofil erreicht wird.

Die Anschaffungskosten einer TurboRoll MZ Pro sind vergleichbar mit den Kosten für konventionelle Kalandertechnik, inklusive durchbiegungsgesteuerten Walzen und zusätzlichem externem Profilierungssystem. Was bedeutet, dass man quasi kostenneutral vom Geschwindigkeitsvorteil der TurboRoll MZ Pro in der Profilregelung profitieren kann. Bei externen Profilierungssystemen fallen zusätzlich laufende Energiekosten an, welche sich innerhalb von drei Jahren durchaus auf 250.000 € summieren können.

Fazit

Bellmer bietet Walzenlösungen für verschiedenste Anwendungen – passend zu den entsprechenden Anforderungen und Erwartungen. Für jede Herausforderung gibt es die optimale Lösung – oder sie wird nach individuellen Bedürfnissen entwickelt. So wird u.a. auch eine Lösung für niedrige Linienlasten und hohe Geschwindigkeiten angeboten.  Das Bellmer-Team besitzt ebenso beachtliches Know how beim Umbau von Walzen und deren Steuerung aller Hersteller, um die Effizienz von bestehenden Lösungen zu steigern.

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