Bandkalandervorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Bandkalandervorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bandkalandervorrichtung mit einem umlaufenden Kalanderband zur zumindest einseitigen Abstützung einer in einem Nip der Bandkalandervorrichtung zu kalandrierenden Materialbahn. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bandkalandervorrichtung mit einem umlaufenden Kalanderband zur zumindest einseitigen Abstützung einer in einem Nip der Bandkalandervorrichtung zu kalandrierenden Materialbahn.

Bei der Herstellung und Bearbeitung von flächigen Produkten, wie beispielsweise bei der Herstellung und Bearbeitung von Folien und insbesondere in der Papierindustrie bei der Herstellung und Bearbeitung von Kartonwaren und Papier, durchlaufen die entsprechenden flächigen Materialien eine Vielzahl unterschiedlicher Maschinen.

Für die Glättung und Oberflächenbehandlung flächiger Materialien haben sich sogenannte Kalander durchgesetzt. Bei derartigen Kalandern wird die zu bearbeitende Materialbahn durch einen zwischen zwei Walzen befindlichen Spalt, einen sogenannten Nip, hindurchgeführt. Im Nip erfährt die zu bearbeitende Materialbahn eine entsprechende, von außen auf diese einwirkende Kraft. Die auf die Materialbahn einwirkende Kraft bewirkt insbesondere eine Verdichtung und Oberflächenglättung der entsprechenden Materialbahn.

Weitere Parameter, welche die Stärke der Verdichtung bzw. die Güte der sich ergebenden Oberfläche beeinflussen, sind Temperatur und (Rest-)Feuchte der zu bearbeitenden Materialbahn.

Um beispielsweise bei Papier eine ausreichende Verdichtung bzw. Güte der Oberfläche der Papierrohbahn zu erzielen, reicht ein einzelner Nip eines Walzenkalanders in aller Regel nicht aus. Dementsprechend wird die Papierbahn durch eine Mehrzahl von Kalandernips geführt. Da es sich bei Kalandern um kostenträchtige Anlagen handelt, die darüber hinaus eine nicht unerhebliche Aufstellfläche benötigen, wurde bereits versucht, die erforderliche Glättung bzw. Verdichtung der Materialbahn auf andere Weise zu erzielen. So wurden beispielsweise sogenannte Multinipkalander vorgeschlagen (auch als Superkalander oder Januskalander bekannt), bei denen mehrere Walzen übereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei Walzen einen Nip aufweisen. Eine derartige Übereinanderstapelung mehrerer Walzen reduziert die Kosten jedoch nicht im erwünschten Ausmaß. Darüber hinaus zeigt ein Multinipkalander auch Probleme, insbesondere dahingehend, dass sich die einzelnen Walzenmassen und damit die im Nip vorherrschenden Andruckkräfte von oben nach unten aufaddieren. Um dies auszugleichen, sind aufwändige Druckkompensationsvorrichtungen nötig.

Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der erforderlichen Anzahl an Nips besteht darin, dass die Verweildauer der Papierbahn in einem einzelnen Nip vergrößert wird. Dies bewerkstelligen sogenannte Breitnipkalander. Bei diesen ist eine der Kalanderwalzen mit einer elastischen Oberfläche versehen. Dadurch wird die entsprechende Walzenoberfläche von der korrespondierenden Kalanderwalze im Nipbereich konkav verformt, so dass ein Nip mit größerer Bearbeitungslänge entsteht. Ein Nachteil derartiger Breitnipkalander ist, dass bezüglich der Walzenoberfläche gewisse Einschränkungen hinsichtlich der Materialauswahl bestehen. Darüber hinaus setzt die elastische Verformbarkeit der einen Kalanderwalze der Drehzahl der Walzen gewisse Grenzen.

Um die Einschränkungen hinsichtlich der Materialbeschaffenheit der Kalanderwalzenoberflächen zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die zu kalandrierende Papierbahn zumindest auf der Seite, die der elastisch verformbaren Walze zugewandt ist, mit einem dünnwandigen metallischen Endlosband zu unterstützen. Dieses Endlosband dient quasi als Ersatz für eine metallische Walzenoberfläche.

Ein weiterer Vorschlag, die Bearbeitungslänge eines Kalanders zu erhöhen, besteht darin, dass anstelle einer elastisch verformbaren Walze ein konkav geformter Andruckschuh vorgesehen wird, der gegen eine dazu korrespondierende Walzenoberfläche gepresst wird. Zwischen dem Gegenschuh und der zu kalandrierenden Papierbahn befindet sich ein dünnwandiges Endlosband aus Metall, das die zu kalandrierende Papierbahn im Bereich des Gegenschuhs unterstützt und sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Papierbahn bewegt. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in WO 03/064761 A1 offenbart.

Trotz der großen Vorteile derartiger Bandkalander, weisen diese beim praktischen Einsatz durchaus noch Probleme auf.

Ein Problem beruht auf der Verwendung eines dünnwandigen Metallbands als solchem. Das dünnwandige Metallband reagiert aufgrund seiner nur geringen Dicke empfindlich auf einen Verschleiß durch Abrieb der Oberfläche. Darüber hinaus wird das dünnwandige Metallband im Laufe eines Durchlaufs durch den Bandkalander meist mehrfach hin und her gebogen. Auch dies führt zu einem entsprechenden Verschleiß des dünnwandigen Metallbands und kann schlussendlich zu einem Sprödigkeitsbruch des Metallbands führen.

Ein derartiger Bruch des dünnwandigen, aus Metall bestehenden Kalanderbands ist unerwünscht. Unabhängig von den Kosten für ein neues Metallband, kann ein unkontrollierter, nicht vorhergesehener Bruch des dünnwandigen Kalanderbands zu Lieferproblemen zur Unzeit führen. Ein vorsorglicher Austausch des dünnwandigen Kalanderbands nach einer gewissen Betriebszeit ist ebenfalls wenig wünschenswert, da hierdurch gegebenenfalls unnötige Kosten verursacht werden, weil ein an sich noch brauchbares Band unnötig früh gewechselt wird.

Ein noch viel größeres Problem stellt jedoch das Gefährdungspotential dar, das einem derartigen Bruch des Kalanderbands innewohnt.

So kann es bei einem Reißen des Kalanderbands leicht zu einem Lagerschaden an einer Walze kommen. Denn das Metall- oder Kompositband könnte nach einem Riss des Bandes - ähnlich zur Papierbahn - sogenannte Batzen bilden, die, wenn sie durch den Nip hindurchgezogen werden, die Lagerstellen der Walze, die Walzen selbst, bzw. die Walzenoberflächen beschädigen können. Dies hat entsprechende Ausfallzeiten und Kosten zur Folge.

Weiterhin besteht bei einem Riss des Metallbandes bei den heute üblichen Maschinengeschwindigkeiten im Bereich von 100 m/min bis 3000 m/min die Gefahr, dass Stücke des dünnwandigen Kalanderbands abgeschert und durch die Luft geschleudert werden. Derartige herumfliegende Materialteile stellen jedoch eine erhebliche Gefährdung für das Betriebspersonal dar.

In WO 03/064761 A1 wird daher erwähnt, dass man den Bandkalander mit einer Haube umschließen kann, die im Fehlerfalle als Schutzschild dienen kann. Dadurch wird zwar das Gefährdungspotential für das Bedienpersonal verringert. Das Gefährdungspotential für die Maschine und die sonstigen Probleme werden durch eine derartige Haube jedoch nicht angegangen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Bandkalanders vorzuschlagen, bei dem ein geringeres Risiko von unvorhergesehenen Bandbeschädigungen auftritt. Darüber hinaus besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen dafür geeigneten Bandkalander vorzuschlagen.

Ein Verfahren zum Betrieb einer Bandkalandervorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. eine Bandkalandervorrichtung gemäß Anspruch 19 löst diese Aufgabe.

Es wird vorgeschlagen, dass bei einem Verfahren gemäß der vorstehenden Art die Eigenschaften des Kalanderbandes im laufenden Betrieb der Bandkalandervorrichtung überprüft werden.

Durch eine derartige, fortlaufende Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes kann es in aller Regel nicht mehr zu einem unerwarteten Bruch des Kalanderbands kommen. Dennoch kann sichergestellt werden, dass das Kalanderband jeweils optimal ausgenutzt wird, bevor es ausgetauscht wird. Es kann daher vermieden werden, dass beispielsweise ein Kalanderband, das noch einige Betriebsstunden verwendet werden könnte, ausgetauscht werden muss, weil ein unabhängig vom tatsächlichen Verschleiß definiertes Wartungsintervall erreicht wurde. Dadurch können nicht nur Kosten für die Neubeschaffung von Kalanderbändern reduziert werden, sondern es können insbesondere auch Maschinenstillstandszeiten vermieden werden. Da die Überprüfung kontinuierlich im laufenden Betrieb der Bandkalandervorrichtung erfolgen kann, ist es auch nicht erforderlich, den Produktionsprozess kurzfristig zu unterbrechen, um eine (manuelle) Inspektion des Kalanderbands durchzuführen. Unter einer kontinuierlichen Überprüfung im laufenden Betrieb kann selbstverständlich auch verstanden werden, dass die Überprüfung in regelmäßigen Zeitabständen erfolgt. Insbesondere ist es möglich, dass bestimmte Bereiche des Kalanderbands jeweils nur zu gewissen Zeitpunkten untersucht werden. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang an Systeme zu denken, die längs der Breite des Kalanderbands verfahren werden, und auf diese Weise in periodischen Abständen den entsprechenden Bereich des Kalanderbands untersuchen.

Bevorzugt ist es, wenn die Eigenschaften des Kalanderbandes hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des Kalanderbandes überprüft werden. Auf diese Weise kann ein besonders effektiver Schutz von Maschine und Bedienpersonal der Maschine erzielt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei Sprödigkeitsbrüchen, wie sie als Folge des Verschleißes und der Durchbiegung des Kalanderbandes auftreten können, üblicherweise nur statistische Aussagen über das Auftreten eines Bruchs bzw. eines Reißens des Kalanderbandes getroffen werden können. Eine derartige auf Messungen beruhende Wahrscheinlichkeitsaussage ist jedoch in aller Regel sinnvoller, als eine Wahrscheinlichkeitsaussage für das Auftreten eines Bruchs des Kalanderbandes, welche sich beispielsweise ausschließlich an der Betriebszeit des Kalanderbandes bemisst.

Vorzugsweise werden die Eigenschaften des Kalanderbandes hinsichtlich des Vorhandenseins von Rissen und Fehlstellen im Kalanderband überprüft. Derartige Risse und Fehlstellen sind üblicherweise ein besonderes Indiz dafür, dass es bald zu einem Bruch des Kalanderbandes kommen kann. Dies gilt zumindest ab einer gewissen Größe bzw. Häufigkeit von Rissen (z.B. makroskopische Risse). Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass Risse und Fehlstellen im Kalanderband nicht nur einen kommenden Bruch des Kalanderbands ankündigen können. Vielmehr können derartige Risse und Fehlstellen im Kalanderband auch zu entsprechenden Mustern und Fehlstellen in der bearbeiteten Materialbahn führen. Auch in dieser Hinsicht kann sich eine fortlaufende Überprüfung der Eigenschaften, insbesondere der Oberflächeneigenschaften des Kalanderbands im laufenden Betrieb des Bandkalanders als besonders sinnvoll erweisen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Eigenschaften des Kalanderbandes hinsichtlich seiner Dicke und seiner Oberflächenstruktur überprüft werden. Auch besonders große Schwankungen in der Dicke bzw. in der Oberflächenstruktur des Kalanderbandes können einen nahenden Bruch des Kalanderbands andeuten. Darüber hinaus können derartige größere Schwankungen in der Dicke des Kalanderbands bzw. in der Oberflächenstruktur des Kalanderbands entsprechende Schwankungen bei der bearbeiteten Papierbahn hervorrufen, die bis hin zu einem Ausschuss führen können. Gerade Dickenänderungen des Kalanderbands können auch zu (unerwünschten) Schwingungen des Bandkalanders bzw. seiner Kalanderwalzen führen. Auch die Dicke als solche kann selbstverständlich ein Indiz für einen nahenden Bruch des Kalanderbands darstellen. Ist beispielsweise das Kalanderband durch Verschleiß im Betrieb sehr dünn geworden, so kann ein Austausch des Kalanderbands empfehlenswert sein.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren ergibt sich, wenn die Eigenschaften des Kalanderbandes hinsichtlich seines Oberflächenzustands überprüft werden. In diesem Zusammenhang ist insbesondere an Verfärbungen und/oder Schmutzanhaftungen auf der Oberfläche des Kalanderbands zu denken. Auch derartige Effekte können einen Verschleiß des Kalanderbandes, und damit auch einen kommenden Bruch des Kalanderbandes, andeuten. Darüber hinaus können sich derartige Verschmutzungen bzw. Verfärbungen auch nachteilig auf die bearbeitete Materialbahn auswirken. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, dass mit einer automatischen Reinigungsvorrichtung ein Reinigungsvorgang des Kalanderbands durchgeführt wird, wenn eine Verschmutzung der Oberfläche des Kalanderbands festgestellt wird. Als Reinigungsvorrichtung könnte beispielsweise eine Bürsteinrichtung, ein Trockeneisstrahlen, ein Sandstrahlen, ein Glasperlstrahlen, der Einsatz eines rotierenden Schleifsteins, eine Diamantscheibe usw. eingesetzt werden. Die entsprechende Reinigungsvorrichtung kann entweder über die gesamte Breite des Kalanderbands hinweg erfolgen, oder es kann ein gezielter Einsatz im entsprechenden Oberflächenbereich bzw. im entsprechenden Breitenbereich des Kalanderbands in Abhängigkeit vom Messergebnis der Kalanderbandeigenschaftsmessung erfolgen.

Grundsätzlich ist es möglich, dass das Ergebnis der Eigenschaftsüberprüfung kontinuierlich ausgegeben wird. Bevorzugt ist es, wenn bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte eine Warnmeldung ausgegeben wird. Beispielsweise könnte es sich um eine Warnmeldung handeln, dass ein kritischer Zustand erreicht ist, bzw. noch eine Restbetriebsdauer von z.B. 10 Stunden verbleibt, bevor ein derartiger kritischer Zustand erreicht wird. In letzterem Fall kann die Produktion entsprechend disponiert werden. Denkbar wäre es beispielsweise, dass in Kürze ohnehin ein Wechsel des herzustellenden bzw. zu bearbeitenden Produkts erfolgt, so dass bei einer ohnehin notwendigen Umrüstphase auch ein Wechsel des Kalanderbands erfolgen kann. Die Warnmeldung kann selbstverständlich auch ein Warnsignal umfassen. Hier ist beispielsweise an optische Warnsignale (Warnlampen, Rundumleuchten usw.) oder akustische Warnsignale (Alarmklingel, Hupe usw.) zu denken.

Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Bandkalandervorrichtung bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte gestoppt wird. Insbesondere wenn ein kritischer Grenzwert detektiert wird, also beispielsweise der Bruch eines Kalanderbands unmittelbar bevorsteht, kann eine derartige automatische Schutzabschaltung Unfälle effektiv verhindern. Eine Fehlbedienung der entsprechenden Anlage kann dadurch weitestgehend verhindert werden.

Möglich ist es, dass die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes mittels einer Beschleunigungsmessung im Bereich zumindest einer Lagerstelle des Kalanderbandes erfolgt. Insbesondere makroskopische Risse bzw. Fehlstellen im Kalanderband können über eine Beschleunigungsmessung (Schwingungsmessung) im Bereich der jeweiligen Lagerstellen der Walzen, über die das Kalanderband geführt wird, sicher erkannt werden. Eine derartige Beschleunigungsmessung kann darüber hinaus auch Lagerschäden, aber auch die Drehzahl der Walzen - und damit die Maschinengeschwindigkeit - erfassen.

Möglich ist es auch, dass die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes mittels einer Wegemessung, insbesondere im Bereich zumindest einer Lagerstelle des Kalanderbandes, erfolgt. Wenn beispielsweise durch eine verschiebbare Lagerwalze bzw. Leitwalze des Kalanderbands die Spannung des Kalanderbands im Wesentlichen konstant gehalten wird, kann über eine Wegemessung der entsprechenden Lagerwalze die Dehnung des Kalanderbands aufgrund des Betriebs erfasst werden. Eine (übermäßige) Dehnung des Kalanderbands kann jedoch ein Indiz für die Eigenschaften des Kalanderbands sein und insbesondere einen bevorstehenden Bruch desselben andeuten.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes durch eine akustische Messung erfolgt. So können beispielsweise Mikrofone das Klangverhalten eines Kalanderbands im Bereich des Nips oder im Bereich einer Biegestelle (z.B. Führungswalze) erfassen und z.B. in Bezug auf das akustische Spektrum auswerten. Mit Hilfe eines derartigen Klangbildes kann auch ein Rückschluss auf die Eigenschaften des Kalanderbands gemacht werden.

Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes durch zumindest eine Zugmessung erfolgt. Die Zugmessung kann insbesondere führer- und/oder triebseitig vor bzw. hinter dem Nip an den Leitwalzen des Kalanderbands durchgeführt werden. Über eine derartige Zugmessung kann insbesondere der Kalanderbandlauf erfasst werden und insbesondere kann eine Schiefstellung des Kalanderbands (mit) erfasst werden. Weiterhin können auch Risse und Fehlstellen mittels dieses Messverfahrens gut erkannt werden. In jedem Fall ist ein Rückschluss auf die Eigenschaften des Kalanderbands möglich.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren ergibt sich, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes mittels einer Messung unter Verwendung radioaktiver Strahlung erfolgt. Eine derartige Messung kann beispielsweise mittels eines Geigerzählers und einem radioaktiven Isotop oder einer Röntgenröhre erfolgen. Vorteilhaft ist bei derartigen Messverfahren, dass diese ohne Kontakt mit dem Kalanderband durchgeführt werden können, und derartige Verfahren insbesondere für metallische Werkstoffe besonders geeignet sind. Speziell können Risse und Fehlstellen, aber auch die Dicke des Kalanderbands erfasst werden.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren kann sich ergeben, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes mittels einer elektromagnetischen, insbesondere einer induktiven Messung erfolgt. Ein derartiges Verfahren bietet sich insbesondere bei metallischen Kalanderbändern bzw. bei Komposit-Kalanderbändern, die zumindest einen gewissen metallischen Anteil aufweisen, an. Besonders effektiv können dadurch Risse und Fehlstellen, aber auch beispielsweise die Dicke des Kalanderbands ermittelt werden. Auch auf diese Weise ist folglich ein Rückschluss auf die Eigenschaften des Kalanderbands möglich.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren kann sich ergeben, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes durch zumindest ein optisches Messverfahren erfolgt. Optische Messverfahren sind inzwischen weit entwickelt und können auch weitgehend automatisiert werden. Auch hier besteht ein großer Vorteil darin, dass derartige optische Messverfahren kontaktlos durchgeführt werden können. Optische Messverfahren bieten sich insbesondere für die Überprüfung der Oberflächenstruktur und der Oberflächenqualität des Kalanderbands an. Insbesondere durch interferometrische Verfahren können aber auch Dicke und gegebenenfalls auch Risse und Fehlstellen sowie weitere Eigenschaften des Kalanderbands gemessen werden.

Das optische Messverfahren kann mit Hilfe einer Kameraeinrichtung, insbesondere einer Flächenkamera und/oder einer Zellenkamera, durchgeführt werden. Derartige Systeme sind relativ kostengünstig erhältlich. Soweit erforderlich, können diese auch mit einer geeigneten Beleuchtungseinheit versehen werden. Ebenso kann eine entsprechende Optik vorgesehen werden, beispielsweise eine telezentrische Optik. Mit einer solchen telezentrischen Optik kann eine längentreue Abbildung des Fehlers, aber auch eine Vergrößerung eingestellt werden, die unabhängig von dem Abstand zwischen Optik und Kalanderband ist. Das derart erhaltene optische Signal kann beispielsweise durch Bildbearbeitungseinrichtungen oder aber auch durch digitale Rechengeräte bearbeitet werden.

Als vorteilhaft kann es sich auch erweisen, wenn das optische Messverfahren mittels einer Lasermesseinrichtung erfolgt. Ganz speziell zur Messung von Rissen, Dickenänderungen, aber auch Oberflächenqualität und Oberflächenstruktur des Kalanderbands können Lichtquellen ihn Form eines Lasers sinnvoll sein. Aufgrund der großen Kohärenzwellenlänge von Laserlicht sind darüber hinaus interferometrische Verfahren besonders gut durchzuführen. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang an Lasertriangulationssysteme zu denken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine Messung, die zur Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes verwendet wird, unter Anwendung einer Fehlerkompensation durchgeführt wird. Hier ist beispielsweise an aktive und/oder passive Dämpfungssysteme zu denken, die temperaturbedingte Änderungen (z.B. Durchbiegung) der Befestigungsvorrichtung für einen entsprechenden Messsensor kompensieren. Natürlich kann dies auch für eine gegebenenfalls erforderliche Quelle (Lichtquelle, Quelle für radioaktive Strahlung usw.) gelten. Auch können aktive und/oder passive Systeme zur Dämpfung von Schwingungen für die entsprechenden Sensoren bzw. Quellen vorgesehen werden. Zu denken ist hier beispielsweise an Temperaturscanner für einen Befestigungsbalken eines Sensors oder aber auch an Dehnungsmessstreifen, die sich auf einem Befestigungsbalken des Sensors befinden, die Längenänderung des Balkens explizit messen und anschließend bei der Messung berücksichtigen können. Als aktive Schwingungsdämpfungssysteme können beispielsweise piezoaktuatorische Schwingungsauslöschungssysteme verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Überprüfung der Eigenschaften des Kalanderbandes unter Verwendung einer Mittelung von Messwerten erfolgt. Eine Mittelung von Messwerten kann sich dabei auf eine Mehrzahl von zeitlich beabstandeten Messwerten eines einzelnen Messverfahrens bzw. eines einzelnen Messsensors beziehen. Durch eine derartige zeitliche Mittelung können kurzfristige, statistisch auftretende Fluktuationen ("Spikes") geglättet werden, was zu einem verbesserten Messergebnis führen kann. Ebenso ist aber auch an eine Mittelung der Messwerte unterschiedlicher Sensoren bzw. unterschiedlicher Messverfahren zu denken. Auf diese Weise können die Eigenschaften des Kalanderbands besonders genau ermittelt werden. Sollte ein bestimmtes Messverfahren von einer Mehrzahl von Messsensoren aufgenommen werden (z.B. Schwingungsmessung an jeder Lagerwalze), so ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, dass die Mehrzahl dieser Messwerte (gewichtet) gemittelt wird.

Es ist darauf hinzuweisen, dass sämtliche vorab beschriebenen Verfahren und Weiterbildungen nicht nur einzeln, sondern auch in Kombination miteinander angewandt werden können.

Eine weitere Lösung der Aufgabe ergibt sich, wenn bei einer Bandkalandervorrichtung der vorab beschriebenen Art wenigstens eine Eigenschaftsüberprüfungsvorrichtung, welche im laufenden Betrieb der Bandkalandervorrichtung die Eigenschaften des Kalanderbandes überprüft, vorgesehen ist.

Eine derartige Bandkalandervorrichtung weist die bereits vorab beschriebenen Vorteile in analoger Weise auf. Eine derartige Bandkalandervorrichtung kann darüber hinaus im Sinne der entsprechenden Unteransprüche und/oder im Sinne der vorab beschriebenen Verfahrensweiterbildungen ausgebildet werden. Derart weitergebildete Bandkalandervorrichtungen weisen die bereits beschriebenen Vorteile und Eigenschaften in analoger Weise auf.

Die Erfindung wird im Folgenden durch die Beschreibung exemplarisch herausgegriffener Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Bandkalander mit mehreren Messvorrichtungen in schematischer Ansicht;

Fig. 2

eine optische Detektorvorrichtung;

Fig. 3

eine Detektorvorrichtung, die radioaktive Strahlung nutzt;

Fig. 4

eine Zellenkamera zur Oberflächeninspektion in schematischer Ansicht; und

Fig. 5

ein Lasertriangulationssystem in schematischer Ansicht.

In Fig. 1 ist schematisch ein Breitnip-Bandkalander 1 dargestellt. Der Breitnip-Bandkalander weist zwei einander gegenüberliegende Walzen 2, 3 auf. Die obere der in Fig. 1 dargestellten Walzen ist eine metallische Zylinderwalze 2. Die untere der in Fig. 1 dargestellten Walzen ist eine Hohlzylinderwalze 3. Die Hohlzylinderwalze 3 weist einen Zylindermantel 4 auf, der an einem Abstützbalken 5 abgestützt ist. Der Zylindermantel 4 kann dabei auf entsprechenden Gleitelementen des Abstützbalkens 5 gleiten, die vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt sind.

Die Zylinderwalze 2 und die dieser gegenüberliegende Hohlzylinderwalze 3 bilden einen Nip 6. Während die Zylinderwalze 2 starr aus Metall gefertigt ist, ist der Zylindermantel 4 der Hohlzylinderwalze 3 elastisch ausgebildet. Dadurch handelt es sich bei dem Nip 6 um einen sogenannten Breitnip. Der Kraftverlauf 7 des Nips 6 ist in Fig. 1 schematisch angedeutet.

Weiterhin weist der Breitnip-Bandkalander 1 ein Kalanderband 8 auf, das durch den Nip 6 hindurchgeführt ist. Zusätzlich sind Umlenkwalzen 9 vorgesehen, die das Kalanderband 8 entsprechend führen.

Das Kalanderband 8 stützt die zu kalandrierende Papierbahn 10 während des Durchlaufs durch den Breitnip-Band-kalander 1 ab. Insbesondere stützt das Kalanderband 8 die zu kalandrierende Papierbahn 10 im Bereich des Nips 6 zum Zylindermantel 4 hin ab.

Bei dem Kalanderband 8 kann es sich insbesondere um ein dünnwandiges Metallband, aber auch um ein Kompositband handeln. Das Kalanderband 8 wird während des Umlaufs durch den Breitnip-Bandkalander 1 auf unterschiedliche Weise belastet. Beispielsweise erfolgt durch das Verbiegen im Bereich der Umlenkwalzen 9 sowie im Bereich der Walzen 2, 3 eine wiederholte Biegung des Kalanderbands 8 in unterschiedliche Richtungen. Darüber hinaus kommt es zu einem Verschleiß des Kalanderbandes 8 durch Reibung. Ein weiterer Effekt kann auftreten, wenn ein Lager der Umlenkwalzen 9 und/oder der Walzen 2, 3 einen Schaden hat bzw. leicht verzogen ist. Durch einen derartigen Fehler kann es zu einem Verziehen des Kalanderbands 8 kommen, was sehr schnell zu einem Reißen des Kalanderbands 8 führen kann.

Um einem unerwarteten Reißen des Kalanderbands 8 vorzubeugen und die restliche noch verbleibende Betriebsdauer des Kalanderbands 8 abschätzen zu können, ohne den laufenden Produktionsprozess unterbrechen zu müssen, wird während des laufenden Betriebs des Breitnip-Bandkalanders 1 eine kontinuierliche Überprüfung der Eigenschaften (Güte) des Kalanderbands 8 durchgeführt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind dabei fünf unterschiedliche Messvorrichtungen vorgesehen. Selbstverständlich kann die Anzahl an Messvorrichtungen je nach Anwendungsfall vergrößert oder verkleinert werden. Auch können bestimmte Messvorrichtungen doppelt oder noch häufiger vorgesehen werden. Eine elektronische Steuerung 11 nimmt die Messsignale der einzelnen Sensorvorrichtungen auf und mittelt diese sowohl in zeitlicher Hinsicht, als auch hinsichtlich der Quelle. Es kann auch eine gewichtete Mittelung erfolgen. Beispielsweise kann das Messsignal einer Messvorrichtung 20, die radioaktive Strahlen verwendet, höher gewichtet werden als die Schwingungssignale einer Lagerbuchse 9.

Basierend auf diesen gemittelten Sensorsignalen wird an den Benutzer eine Information über die mit dem Kalanderband 8 noch erzielbare Betriebsdauer ausgegeben. Hierzu dient beispielsweise ein in Fig. 1 nur schematisch dargestellter Bildschirm 12. Überschreitet der Verschleiß des Kalanderbands 8 einen gewissen Grenzwert, so wird auf dem Bildschirm 12 zusätzlich eine Warnung ausgegeben, dass sich die nutzbare Lebensdauer des Kalanderbands ihrem Ende nähert und daher geeignete Maßnahmen zu ergreifen sind. Diese Information kann genutzt werden, um den Produktionsfluss geeignet zu steuern. Wenn beispielsweise eine Restlebensdauer des Kalanderbands 8 mit zehn Stunden angegeben wird, in fünf Stunden jedoch ohnehin eine Unterbrechung der Produktion erfolgen muss, da beispielsweise ein Produktwechsel durchgeführt wird, ist es erwägenswert, das Kalanderband 8 bereits "vorzeitig" auszutauschen, um eine nochmalige Unterbrechung des Produktionsprozesses zu vermeiden.

Wenn die Steuerung 11 ermittelt, dass gewisse kritische Grenzwerte überschritten sind, so wird die Breitnip-Bandkalandervorrichtung vollautomatisch angehalten, so dass ein Unfall durch eine Unachtsamkeit bzw. eine Fehlbedienung vermieden wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Breitnip-Bandkalanders 1 wird, neben anderen noch zu beschreibenden Messverfahren, eine Beschleunigungsmessung durchgeführt. Dazu ist an der Lagerstelle 13 der Zylinderwalze 2 ein vorliegend nicht näher dargestellter Beschleunigungsmesssensor 14 dargestellt. Der Beschleunigungsmesssensor 14 misst Schwingungen der Zylinderwalze 2 im Bereich der Lagerachse 13. Derartige Schwingungen können beispielsweise durch unterschiedliche Dicken bzw. (makroskopische) Risse im Kalanderband 8 entstehen. Selbstverständlich können derartige Schwingungen auch durch ein schadhaftes Lager entstehen.

Die Charakteristik der entstehenden Schwingungen ist üblicherweise etwas unterschiedlich, so dass aufgrund des vom Beschleunigungsmesssensor 14 aufgenommenen Schwingungsspektrums eine Unterscheidung hinsichtlich der Art des Fehlers getroffen werden kann.

Dass der Beschleunigungsmesssensor 14 nicht nur Unregelmäßigkeiten des Kalanderbands 8, sondern darüber hinaus auch schadhafte Lager und ähnliche Fehler erkennen kann, ist nicht von Nachteil, sondern im Gegenteil von Vorteil. Denn auch solche Fehler können sich nach-teilig auf die Sicherheit des Breitnip-Bandkalanders 1 bzw. auf die Qualität der von diesem bearbeiteten Papierbahn 10 auswirken.

Weiterhin ist bei einer der Umlenkwalzen 9 eine Zugmessdose 15 vorgesehen. Mit der Zugmessdose 15 wird die Kraft gemessen, die von den Zylinderwalzen 2, 3 unter Vermittlung des Kalanderbands 8 auf die entsprechende Umlenkwalze 9 ausgeübt wird. Die Zylinderwalze 2 ist aktiv angetrieben, wohingegen die Hohlzylinderwalze 3 sowie die Umlenkwalzen 9 passiv mitlaufen. Je nachdem, ob das Kalanderband 8 Fehlstellen bzw. makroskopische Brüche aufweist oder nicht, wird von der Zugmessdose 15 ein unterschiedliches Signal aufgenommen. Das Signal der Zugmessdose 15 wird, ebenso wie das Signal des Beschleunigungsmessers 14, an die Steuerung 11 gesendet. Diese verarbeitet das Signal gemeinsam mit den verbleibenden, noch zu erläuternden Signalen entsprechend.

Ein weiterer Messsensor liegt in Form eines Mikrofons 16 im Bereich einer der Umlenkwalzen 9 vor. Die Durchbiegung (von gerade auf gekrümmt und von gekrümmt zurück auf gerade) erzeugt ein charakteristisches akustisches Signal, das vom Mikrofon 16 aufgenommen wird. Das entsprechende akustische Spektrum, das vom Kalanderband 8 erzeugt wird, ist ein Indiz für die Eigenschaften des Kalanderbands 8, insbesondere in Bezug darauf, ob ma-kroskopische Risse bzw. Fehlstellen im Kalanderband 8 vorhanden sind.

Eine weitere Sensoranordnung liegt in Form eines Lasermesssystems 17 vor. Das Lasermesssystem 17 weist einen Laser 18 und eine dazugehörige Kamera, die vorliegend in Form einer CCD-Kamera 19 ausgebildet ist, auf. Der Laser 18 sendet einen Laserstrahl 41 in Richtung des Kalanderbands 8 ab. Um einen größeren Bereich des Kalanderbands 8 aufnehmen zu können, kann der Laserstrahl 41 beispielsweise mit Hilfe von Strahlteilern, Strahlaufweitern und ähnlichen optischen Einrichtungen aufgeweitet werden.

Das vom Kalanderband 8 reflektierte Licht 41 weist ein entsprechendes Interferenzmuster auf (z.B. Speckle-Interferometrie), welchem Informationen über die Oberflächengenauigkeit bzw. -ungenauigkeit, über makroskopische Risse und über Verschmutzungen des Kalanderbands 8 sowie weitere Informationen entnommen werden können. Das reflektierte, interferierte Laserlicht 41 wird von der CCD-Kamera 19 aufgenommen, und die so gewonnenen, digitalen Signale werden an die Steuerung 11 weitergegeben. In der Steuerung 11 können diese mit einer geeigneten Bilderkennungssoftware oder auf ähnliche Weise ausgewertet werden.

Schließlich ist beim Breitnip-Bandkalander 1 noch eine radioaktive Durchleuchtungseinrichtung 20 vorgesehen. Die radioaktive Durchleuchtungseinrichtung 20 weist eine Quelle 21 radioaktiver Strahlung 20 auf. Hierzu kann beispielsweise ein radioaktives Isotop verwendet werden. Ebenso ist es möglich, dass, wie vorliegend der Fall, eine Röntgenröhre 21 verwendet wird. Die von der Röntgenröhre 21 ausgehende Röntgenstrahlung 22 durchtritt das Kalanderband 8 und wird vom Röntgendetektor 23 aufgenommen. Die vom Röntgendetektor 23 gewonnenen Signale werden ebenfalls an die Steuerung 11 weitergeleitet und von dieser geeignet ausgewertet.

Bei einigen der in Fig. 1 gezeigten Sensoren, insbesondere beim Mikrofon 16, beim Lasermesssystem 17 sowie bei der radioaktiven Durchleuchtungseinheit 20, tritt das Problem auf, dass diese nur einen gewissen Oberflächenbereich des Kalanderbands 8 (bezogen auf die Breite des Kalanderbands 8) überprüfen können. Bei heute üblichen Breiten von Kalandern 1, die oftmals im Bereich von bis zu 10 bis 15 m liegen, reicht ein einzelner, feststehender Sensor nicht aus, um die gesamte Breite des Kalanderbands 8 zu überprüfen.

Da die Genauigkeit der Überprüfung erheblich erhöht wird, wenn die Eigenschaften des Kalanderbands 8 über seine gesamte Breite hinweg überprüft werden, müssen daher geeignete Verfahren bzw. Vorrichtungen vorgesehen werden, um trotz einer eingeschränkten Detektionsfläche des entsprechenden Sensors die gesamte Breite des Kalanderbands 8 überprüfen zu können. Dazu bietet sich einerseits an, eine entsprechend große Anzahl von einzelnen Sensoren vorzusehen, die zusammen die gesamte Breite des Kalanderbands 8 abdecken. Diese Möglichkeit wird im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die entsprechenden Sensorelemente auf einer Schiene verfahrbar anzuordnen, so dass diese durch eine Verfahrbewegung ebenfalls die gesamte Breite des Kalanderbands 8 überprüfen können. Dies ist in Zusammenhang mit dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel näher erläutert.

In Fig. 2 ist eine optische Anordnung mehrerer CCD-Zeilenkameras 25 dargestellt. Die CCD-Zeilenkameras 25 sind auf einem Träger 26 angeordnet. Die CCD-Zeilen-kameras 25 weisen jeweils einen Sensorbereich 27 auf, in dem das optische Signal (das Bild) empfangen wird. Weiterhin weisen die CCD-Zeilenkameras 25 eine integrierte Beleuchtungseinheit 28 auf, so dass auch bei ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen bzw. bei einer entsprechend problematischen Einbaulage der CCD-Zeilen-kameras 25 eine für die Sensoren 27 der CCD-Zeilenkame-ras 25 ausreichende Beleuchtung sichergestellt werden kann.

Wie Fig. 2 entnommen werden kann, sind die einzelnen CCD-Zeilenkameras 25 zueinander versetzt angeordnet, so dass sich jeweils in den Endbereichen 29 der CCD-Zei-lenkameras 25 Überlappungsbereiche 29 ergeben. Durch diese Überlappungsbereiche 29 kann eine vollständige Überprüfung des Kalanderbands 8 sichergestellt werden. Selbstverständlich ist die Größe der Überlappungsbereiche 29 aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus nicht zu groß zu wählen. Im Übrigen können die CCD-Zeilenkameras 25 auch in einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Kalanderbands 8 angeordnet werden.

Gerade interferometrische Messverfahren, aber auch andere Messverfahren, können empfindlich auf Schwingungen bzw. auf (z.B. thermisch bedingte) Durchbiegungen des Trägers 26 reagieren. Bei Schwingungen ist es gegebenenfalls noch möglich, die Eigenschaften des erzeugten Messsignals durch eine zeitliche Mittelung des Messwerts zu verbessern. Bei Durchbiegungen des Trägers 26 ist dies jedoch nicht möglich. Gerade bei Papiermaschinen können jedoch zum Teil nicht unerhebliche massebedingte Durchbiegungen der Träger 26 auftreten. Darüber hinaus können sich auch thermische Durchbiegungen ergeben, da Kalanderwalzen, wie bereits erwähnt, oftmals auch beheizt sind. Eine Kompensation der auftretenden Messfehler ist dann nur möglich, wenn das Ausmaß der Durchbiegung bekannt ist.

Um eine Information über die Durchbiegung des Trägers 26 zu erhalten, ist beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Dehnungsmessstreifen 30 vorgesehen. Die von diesem gewonnenen Messwerte werden ebenfalls der Steuerung 11 zugeführt, die diese bei der Auswertung des Signals der CCD-Zeilenkameras 25 entsprechend berücksichtigt. Selbstverständlich sind hier auch andere Messverfahren möglich, wie beispielsweise eine optisch-interferometrische Messung, ein Temperaturscanner mit Schwingspiegel, ein Linienscanner, usw.

Auch ist es denkbar, dass aktive Durchbiegungsdämpfungssysteme und/oder aktive Schwingungsdämpfungssysteme vorgesehen werden.

Die Verwendung einer größeren Anzahl von Sensoren, so wie dies bei der optischen Anordnung 24 gemäß Fig. 2 der Fall ist, bietet sich insbesondere dann an, wenn die einzelnen Sensoren relativ kostengünstig sind. Auf diese Weise kann auf bewegte mechanische Teile verzichtet werden, was eine entsprechende Kostenreduktion zur Folge haben kann. Insbesondere können sich die Wartungskosten einer derartigen Anordnung verringern. Weiterhin können die Eigenschaften des Kalanderbands 8 kontinuierlich über die gesamte Breite hinweg gemessen werden. Somit liegt jeweils nach einem Umlauf des Kalanderbands 8 eine vollständige Information über die gesamte Oberfläche des Kalanderbands 8 vor. Dadurch können beispielsweise Schadereignisse deutlich schneller registriert werden.

Eine andere Möglichkeit, eine Information über die gesamte Breite des Kalanderbands 8 hinweg zu erhalten, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist die Sensoranordnung 20 (beispielsweise die radioaktive Durchleuchtungseinheit aus Fig. 1) an einer Halteschiene 31, 32 verschiebbar angeordnet.

Da die radioaktive Durchleuchtungseinheit 20 zwei voneinander getrennt ausgebildete Einheiten, nämlich eine Röntgenröhre 21 und einen Röntgendetektor 23 aufweist, die jeweils auf einander entgegengesetzten Seiten des Kalanderbands 8 angeordnet sind, sind dementsprechend zwei Halteschienen 31, 32 vorgesehen. Die Bewegung der Röntgenröhre 21 und des Röntgendetektors 23 (durch die Doppelpfeile angedeutet) entlang der entsprechenden Halteschiene 31, 32 ist derart aufeinander abgestimmt, dass sich Röntgenröhre 21 und Röntgendetektor 23 synchron zueinander bewegen. Dadurch kann die von der Röntgenröhre 21 ausgehende Röntgenstrahlung 22 zu jeder Zeit vom Röntgendetektor 23 erfasst werden.

Der Aufbau mit einer beweglichen Anordnung bietet sich insbesondere für Detektoranordnungen an, bei denen die Quelle und/oder der Sensor teuer in der Anschaffung und/oder im Betrieb sind. Dies ist bei radioaktiven Beschleunigungseinheiten 20 üblicherweise der Fall.

Durch die verschiebbare Anordnung der entsprechenden Detektoreinheit 20 ist es möglich, mit einer einzigen Detektoreinheit 20 die gesamte Breite des Kalanderbands 8 zu erfassen. Da jeweils nur ein gewisser Breitenbereich des Kalanderbands 8 gemessen werden kann, ist hierzu selbstverständlich eine entsprechend große Anzahl an Umläufen des Kalanderbands 8 erforderlich, bis eine Information über die gesamte Oberfläche des Kalanderbands 8 vorliegt.

Diese Zeitdauer ist jedoch bei üblichen Betriebszeiten von Kalanderbändern 8 ausreichend klein, so dass dies kein Problem darstellt. Wenn darüber hinaus zusätzlich zur radioaktiven Durchleuchtungseinheit 20 weitere Detektoren (wie beispielsweise die optische Anordnung 24 gemäß Fig. 2) vorgesehen sind, kann auf schnell eintretende, unvorhergesehene Ereignisse dennoch sehr schnell reagiert werden.

Eine weitere Möglichkeit, um die Zeitdauer zu verringern, die erforderlich ist, bis das gesamte Kalanderband 8 vermessen ist, besteht darin, dass zwei radioaktive Durchleuchtungseinheiten 20 vorgesehen sind. Die beiden Detektoreinheiten vermessen dann jeweils einen Teilbereich (bei zwei Detektoreinheiten, die Hälfte) des Kalanderbands 8. Die Zeitdauer, die erforderlich ist, um die gesamte Oberfläche des Kalanderbands 8 zu vermessen, verringert sich dementsprechend (bei zwei Detektoreinheiten halbiert sich diese).

In Fig. 4 ist eine für die Realisierung der Erfindung besonders geeignete Sensoranordnung schematisch dargestellt. In Fig. 4 ist eine Zellenkamera 35 zu sehen, die in einem Arbeitsabstand d vom Kalanderband 8 angeordnet ist, und die Oberfläche des Kalanderbands 8 überprüft.

Die Zellenkamera 35 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Leuchtdioden 34. Das von den Leuchtdioden 34 abgestrahlte Licht wird von der Oberfläche des Kalanderbands 8 reflektiert. Das reflektierte Licht tritt in eine der Mikrolinsen 33 ein, die eine größere Längsausdehnung ("senkrecht" zur Zeichenebene) haben. Die Mikrolinsen 33 sind somit als eine Art von "Zylinderlinse" ausgebildet. Das von den Mikrolinsen 33 fokussierte Licht fällt auf eine der jeweiligen Mikrolinsen 33 zugeordnete Photodiodenzeile 36.

Eine derartige Zellenkamera 35 ist insbesondere für interferometrische Verfahren besonders geeignet. Sie bietet sich daher auch speziell für eine Verwendung im Zusammenhang mit einer Überprüfung des Kalanderbands 8 eines Breitnip-Bandkalanders 1 (siehe Fig. 1) gemäß der vorliegenden Erfindung an.

In Fig. 5 ist schließlich ein weiteres vorteilhaftes Sensorsystem gezeigt, das für die Realisierung der Erfindung besonders geeignet ist. Und zwar handelt es sich dabei um ein Lasertriangulationssystem 37.

Beim Lasertriangulationssystem 37 wird von einem Laser 38 ein Laserstrahl 41 auf einen gewissen Oberflächenpunkt 40 auf der Oberfläche des Kalanderbands 8 abgestrahlt. Der Oberflächenpunkt 40 reflektiert in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit und der Oberflächenstruktur sowie der Lage des Kalanderbands 8 den im Oberflächenpunkt 40 eintreffenden Laserstrahl 41. Die abgestrahlte Lichtintensität ist dabei je nach Abstrahlrichtung unterschiedlich.

Das vom Oberflächenpunkt 40 abgestrahlte Licht 41 wird in Abhängigkeit des Raumwinkels von einer entsprechenden Anzahl von Lichtempfängern 39 empfangen. Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, dass der gesamte Halbraum über dem Kalanderband 8 erfasst wird. Üblicherweise erweist sich eine Anzahl von drei, vier, fünf oder sechs Lichtempfängern 39 als ausreichend, um eine hinreichende Messgenauigkeit zu erzielen.

Die von den Lichtempfängern 39 empfangenen Signale werden geeignet miteinander korreliert und ausgewertet. Auf diese Weise kann eine Information über die Eigenschaften des Kalanderbands 8 erhalten werden.