AT503465B1 - Regelung zur auswuchtung einer walze für eine faserbahnmaschine - Google Patents

Description

2 AT 503 465 B1

Die Erfindung betrifft eine Regelung zur Auswuchtung einer Walze für eine Faserbahnmaschine, bei der der Schwerpunkt bzw. Massemittelpunkt der vorhandenen Masseverteilung hinsichtlich der Drehachse der Walze zum Erhalten des tatsächlichen Massemittelpunkts auf eine gewünschte Entfernung vom Drehmittelpunkt geändert wird.

Zur Überprüfung der Masseverteilung kann die Walze vom Drehmittelpunkt zum Sektor n gesehen aufgeteilt werden, wobei n*da = 360° beträgt. Hinsichtlich des Rotationswinkels der Walze liegt die Masse dm, welche sich in einer Entfernung dryom Drehmittelpunkt der Walze befindet, auf dem Weg eines Winkels da. Die Masse dm und die Entfernung dr der Masse vom Drehmittelpunkt sind in den Sektoren da,, da2...dan nicht unbedingt die gleichen. Den Massemittelpunkt eines Querschnitts der Walze erhält man, indem alle Sektoren da,. n zusammen überprüft werden. Die genannte vorhandene Masseverteilung einer Walze wird zum Beispiel durch Walzenherstellung, durch Änderungen der Bedingungen, wenn sich die Walze in einer Faserbahnmaschine befindet, oder durch die entsprechende Änderung eines auf die Walze wirkenden Parameters im Laufe der Zeit wie zum Beispiel Verschleiß, erzeugt oder verursacht.

Bei Faserbahnmaschinen, wie zum Beispiel bei Papiermaschinen, Weiterbehandlungsmaschinen für Papier, Kalandern, Längsschneidern und dergleichen, entspricht die Umfangsgeschwindigkeit im allgemeinen der Geschwindigkeit der zu produzierenden Faserbahn. Die Produktionsgeschwindigkeiten für eine Faserbahn variieren deutlich, aber der Trend geht permanent zu höheren Produktionsgeschwindigkeiten, und Faserbahngeschwindigkeiten von zum Beispiel 3000 m/min bzw. 50 m/s sind nicht mehr ungewöhnlich, vor allem nicht bei Einzelfaserbahnmaschinen. Der Walzendurchmesser bestimmt die Drehgeschwindigkeit, die zum Beispiel bei einer Walze von 300 mm Durchmesser etwa 53 1/s bzw. 3.183 1/min betragen würde. Mit einer solchen Drehgeschwindigkeit rotierend verursacht eine Walze, soweit sie eine Unwucht aufweist, eine ziemlich starke Schwingung, die sowohl die Walze selbst als auch die Maschinenkonstruktionen einschließlich der Gebäude beansprucht, und außerdem wird auch die zu produzierende Faserbahn von unerwünschten Schwingungen betroffen. Beim Schwingen einer einzelnen Walze wird die Faserbahn hauptsächlich von einer die Fahrbarkeit vermindernden Spannungsschwankung betroffen, aber beim Schwingen einer einen Walzenspalt bildenden Walze richtet sich auch ein ungleichmäßiger Druck auf die Faserbahn. Schlimmstenfalls verursacht dies deutlich veränderte Dicke- und Glanzeigenschaften der Faserbahn und sogar ein Reißen der Bahn.

Zur Lösung dieses Problems werden die Walzen der Faserbahnmaschinen ausgewuchtet und in ein von der standardgemäßen Genauigkeitsklasse in der jeweiligen Position vorausgesetztes Gleichgewicht gebracht. Die Walzen der herkömmlichen Faserbahnmaschinen werden beim Herstellungs- bzw. Wartungsvorgang von der Faserbahnmaschine demontiert ausgewuchtet. Die Arbeit wird in einer gesonderten Auswuchtmaschine oder Walzendrehbank, welche die Auswuchtvorrichtungen enthält, verrichtet. Die Betriebsbedingungen für eine Walze können jedoch deutlich von den Bedingungen abweichen, die in der Walzenwerkstatt herrschen. Den deutlichsten Unterschied bei den auf eine Walze wirkenden Umweltbedingungen weist allgemein die Temperatur aus. Beim Produktionsbetrieb kann zum Beispiel die mittels Wärme auf die Faserbahn einwirkende Temperatur einer Thermowalze von 1500 mm Durchmesser 250 °C betragen. Auch wenn der Lagerabstand einer solchen Walze 12 Meter beträgt, ist dieser bei einer Temperatur von 250 °C fast 30 mm länger und der Durchmesser fast 4 mm größer als in der Walzenwerkstatt bei einer Temperatur von 25 °C. Dies hat natürlich in gewissem Ausmaß Auswirkungen auf die Auswuchtung einer Walze und auf die Entfernung des tatsächlichen Massemittelpunkts vom tatsächlichen Drehmittelpunkt oder der tatsächlichen Rotationsachse einer Walze. Typisch wird die Auswuchtung durch eine geeignete Erhöhung der Masse im Endbereich der Walze vorgenommen, wie zum Beispiel mit einer Metallstange. Die zusätzliche Masse wird an solchen Stellen angebracht, dass die durch Faktoren in der Walzenkonstruktion hervorgerufene Verlagerung des Massemittelpunkts zum Drehmittelpunkt hin kompensiert wird. Die Walze ist ein um ihre Achse herum rotierender Teil, so dass dieser vorteilhaft als Funktion des Rotationswinkels der Walze überprüft werden kann. 3 AT 503 465 B1

Die in Faserbahnmaschinen einzusetzenden Walzen sind typischerweise aus Metall hergestellt, wie zum Beispiel aus Stahl oder Gusseisen, und neue Entwicklungsformen sind verschiedene Zellenstruktur-Metallwalzen. Allgemein werden in Faserbahnmaschinen auch Walzen in Kunststoffverbundbauweise verwendet. Die von den heutigen Faserbahnmaschinen an Walzen gestellten Anforderungen sind von der Art, dass vor der Inbetriebnahme einer Walze das Auswuchten einen fast unerlässlichen Arbeitsvorgang in der Walzenherstellung darstellt, auch wenn die Herstellungsverfahren ständig mit dem Ziel, noch besser ausgewuchtete und bessere Walzenrohlinge zu erhalten, entwickelt werden.

Als Beispiel sei eine durch Biegen einer herkömmlichen Stahlplatte gefertigte Röhrenwalze erwähnt, die nach dem Biegen auf korrekte Wanddicke und kreisförmig abgedreht wird. Dieses Abdrehen ist, vor allem als reines Abdrehen von außen, im Hinblick auf die Auswuchtung ein problematischer Herstellvorgang, da hierbei die Wanddicke einer von der Materialdicke her in der Ausgangssituation eine Standarddicke ausweisenden Platte verändert wird. Von der Richtigkeit der durch das Biegen des Plattenrohlings erzielten Geometrie hängt es ab, wie groß die Dickeschwankungen in dem abgedrehten Walzenmantel ausfallen. Am häufigsten verursachen diese Dickeschwankungen und die Geometriefehler die Unwucht der Walzen. Durch Abdrehen eines solchen aus einer Platte gebogenen Walzenrohlings auch von innen lässt sich das Problem reduzieren. Wegen präziser Positionierungen und anderer Fehlerquellen oder -möglichkeiten ist ein Walzenrohling auch von innen abgedreht im Allgemeinen nicht voll im Gleichgewicht. Vergleichbare Phänomene treten bei durch Guss herzustellenden Walzen auf, wobei hier die Qualität der Formen und des Einbaus der Formen entscheidend sind.

Die vorstehend beschriebenen schwankenden Materialstärken verursachen Änderungen im Gleichgewicht auch bei Wechsel zwischen der beim Herstellungs- oder Auswuchtungsvorgang vorherrschenden Temperatur und der Temperatur des Betriebsvorgangs. Die Temperaturänderungen wirken auch auf die Spannungszustände einer Walze ein, welche wiederum Änderungen in der Auswuchtung zum Beispiel aufgrund von Dehnung verursachen können.

Aus dem Patent Fl 98404B ist ein Verfahren zur Kompensierung der gemessenen oder berechneten Biegefestigkeitsschwankung oder Unwucht einer Walze bekannt, indem in Längsrichtung der Walze Rillen oder Taschen in den Walzenkörper angebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung zur Auswuchtung einer Walze zu schaffen, mit welcher das Gleichgewicht einer Walze unter unterschiedlichen Betriebsverhältnissen innerhalb der Sollwerte erhalten bleibt, wie zum Beispiel bei Temperaturänderungen. Insbesondere wird eine Regelung angestrebt, mit der die Auswuchtung einer Walze vorgenommen werden kann, ohne dass diese aus der Faserbahnmaschine demontiert wird.

Aufgabe ist auch, das Auswuchten einer Walze der Faserbahnmaschine für mehrere unterschiedliche Geschwindigkeiten der Faserbahn in der Weise zu ermöglichen, dass der Auswuchtungszustand je nach dem gewünschten Geschwindigkeitsbereich leicht veränderbar ist und trotzdem ein ausreichend niedriges Schwingungsniveau erhalten bleibt.

Von Vorteil wäre auch, dies während einer Änderung der Verhältnisse vornehmen zu können, zum Beispiel während der Hochfahrsequenz einer Faserbahnmaschine, wenn gleichzeitig die Produktionsgeschwindigkeit oder -temperatur oder beides geändert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest an einem Ende der Walze mindestens ein Auswuchtungselement drehbar um die Drehachse angeordnet ist, wobei dessen Massemittelpunkt sich in radialer Richtung der Walze verschiebbar ist.

Mittels der Erfindung wird erreicht, dass die Auswuchtung einer Walze entsprechend einem eventuell veränderten Bedarf verstellbar ist, ohne diese aus der Faserbahnmaschine zu demontieren. Desgleichen sind die Fahreigenschaften einer Walze einfach den Verhältnissen entspre- 4 AT 503 465 B1 chend anpassbar. Derartige mögliche Änderungen sind unterschiedliche Änderungen im Ablauf einer Faserbahnmaschine, wie zum Beispiel eine Änderung der Temperatur oder der Fahrgeschwindigkeit einer Walze.

Die Erfindung lässt sich entweder mit einer bzw. zwei oder mehreren Auswuchtungselementen verwirklichen. Falls ein Auswuchtungselement verwendet wird, d.h., die Anzahl der Auswuchtungselemente eins beträgt, ist der Massemittelpunkt des Auswuchtungselements um die Drehachse drehbar und in radialer Richtung der Walze verschiebbar angeordnet. Nach einer anderen Anwendungsform der Erfindung, bei der die Anzahl der Auswuchtungselemente zwei oder mehrere beträgt, sind diese von ihrem Massemittelpunkt her zur Drehachse exzentrisch und um die Drehachse drehbar angeordnet. Bei dieser letzteren Anwendungsform reicht es also, dass die Auswuchtungselemente um die Drehachse drehbar angeordnet sind. Gleichwohl lässt sich auch in diesem Fall auch eine Verschiebung in radialer Richtung verwirklichen, aber auch ohne diese ist der gemeinsame Massemittelpunkt der Auswuchtungselemente zum gewünschten Punkt verschiebbar.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben:

Fig. 1 stellt vereinfacht das Schema eines Schwingungsverhaltens von zwei Walzen dar,

Fig. 2a stellt den Querschnitt einer Walze in der Weise dar, dass das Funktionsprinzip von

Auswuchtungselementen bei einer Einstellsituation veranschaulicht ist,

Fig. 2b stellt ein zweites Querschnittsbild dar, bei dem die Auswuchtungselemente sich in einer anderen Stellung befinden als in der Situation von Fig. 2a, und Fig. 3 stellt eine herkömmliche Art der Durchführung der Auswuchtung einer Walze dar.

In Fig. 1 ist mit der horizontalen Achse die Umfangsgeschwindigkeit einer Walze und mit der vertikalen Achse die von der Schwingung verursachte Kraft bzw. Amplitude dargestellt. Die Walzen A und B sind auf unterschiedliche Entwurfsgeschwindigkeiten ausgewuchtet, die Walze A auf die Geschwindigkeit und die Walze B auf die Geschwindigkeit v2. Die horizontale Linie G stellt die höchstzugelassene Schwingung dar, d.h. in der Praxis den maximalen Wert der Auswuchtungsklasse für die betreffenden Walzen. Die Walze B, deren Entwurfsgeschwindigkeit v2 oder höher ist, erfüllt nicht das Kriterium G während des Hochfahrens. Eine solche Situation vermag Probleme während des Hochfahrens oder beim Fahren der Produktion mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, als der Entwurfsgeschwindigkeit, hervorzurufen, wie zum Beispiel beim Produzieren von ihrem Quadratmetergewicht her schwererer Faserbahntypen, die mit der betreffenden Faserbahnmaschine produzierbar sind. Die Regelung nach der Erfindung bietet für dieses Problem eine Lösung, da die Auswuchtung einer Walze in einer Art und Weise veränderbar ist, wie sie der durch veränderte Verhältnisse hervorgerufene Änderungsbedarf voraussetzt. Derartige Änderungen der Verhältnisse können neben der durch Änderung des Quadratmetergewichts der zu produzierenden Faserbahn hervorgerufenen Geschwindigkeitsänderung zum Beispiel die Änderung der Betriebstemperatur sein. Die Geschwindigkeit wirkt sich insofern auf die genannte Auswuchtung aus, dass die Eigenschwingungsform einer zylinderförmigen langen Walze bei verschiedenen Geschwindigkeiten voneinander etwas abweichet und die Masseverteilung hierbei nicht unbedingt vollkommen gleich bleibt. Vorteilhaft ist, dass die Position für den Massemittelpunkt 50 einer Walze 1 direkt oder indirekt gemessen wird. Für diesen Zweck geeignete Vorrichtungen sind zum Beispiel Beschleunigungs- oder Antriebssensoren oder Entsprechendes.

In Fig. 2a ist eine Situation dargestellt, in der der Drallwinkel ß zwischen einem Auswuchtungselement 10 und einem anderen Auswuchtungselement 20 180° beträgt, wobei der Massemittelpunkt 30 der Auswuchtungselemente nicht vom geometrischen Drehmittelpunkt 40 der Walze verändert ist. Der Massemittelpunkt 11 eines Auswuchtungselements 10, der Massemittelpunkt 21 eines anderen Auswuchtungselements 20 und der Drehmittelpunkt oder die Drehachse einer Walze und der unausgewuchtete Massemittelpunkt 50 einer Walze 1 befinden sich auf der gleichen Gerade. Die Auswuchtungselemente 10, 20 sind um 0 - 360° drehbar um die Drehach- 5 AT 503 465 B1 se 40 der Walze 1 angeordnet.

In Fig. 2b hingegen ist eine Situation dargestellt, in der der unausgewuchtete Massemittelpunkt 50 einer Walze 1 in der Richtung α + 180 0 in einer Entfernung f vom Drehmittelpunkt 40 der 5 Walze 1 liegt. Jeder Punkt der Walze lässt sich als Nullpunkt von α wählen, in Fig. 2b ist der Nullpunkt als in vertikaler Richtung im Scheitelpunkt der Walze 1 liegend dargestellt. Damit der Massemittelpunkt 50 der Walze 1 ausgewuchtet bzw. auf den gleichen Punkt wie der Drehmittelpunkt 40 versetzt werden kann, werden das Auswuchtungselement 10 und das Auswuchtungselement 20 zum Kompensieren dieser Abweichung eingesetzt. Das Auswuchtungsele-io ment 10 und das Auswuchtungselement 20 befinden sich in einem Drehwinkel ß von 90° zueinander, wobei der Massemittelpunkt 30 der Auswuchtungselemente 10, 20 in einer Entfernung e im Richtungswinkel α = 35° vom Drehmittelpunkt 40 liegt. Auf diese Weise verwirklicht kann der Massemittelpunkt 50 der Walze aufgrund angemessen einfacher trigonometrischer Rechenoperationen und zum Beispiel mittels Beschleunigungssensoren gemessener Schwingungsangabe 15 programmatisch auf den Drehmittelpunkt 40 oder auf eine gewünschte andere Entfernung vom tatsächlichen Drehmittelpunkt oder der Drehachse eingestellt werden. Durch Änderung des Drehwinkels ß zwischen den Auswuchtungselementen sowie durch Änderung des Drehwinkels α zwischen den Auswuchtungselementen und der Walze können die exzentrischen Auswuchtungselemente also in eine frei wählbare Richtung im Umfang der Walze ausgerichtet werden, 20 während der Massemittelpunkt auf die gewünschte Entfernung von der Drehachse gebracht wird.

In Fig. 3 ist eine Art der Auswuchtung einer Walze 1 nach einer bekannten Technik dargestellt. Hier sind im Abstand von 90° am Ende einer Walze 1 vier Befestigungspunkte 9 für ein Aus-25 wuchtungselement bzw. -masse vorhanden, an welche von ihrer Masse her geeignete Gewichte 10 zur Kompensierung möglicher Unwuchten angebracht werden, während die Walze in einer Auswuchtungsmaschine installiert ist.

Nach einer Anwendungsform der Erfindung ist es auch vorteilhaft, dass das genannte Aus-30 wuchtungselement 10, 20 hinsichtlich der Drehachse 40 während des Rotierens der Walze 1 drehbar angeordnet ist, insbesondere vorteilhaft während des Hochfahrens und der Produktionszeit einer Faserbahnmaschine. Eine solche programmatische Einstellung von Auswuchtungselementen setzt die Verwendung eines geeigneten Antriebs zur Änderung der Position von Elementen voraus. Für einen derartigen Zweck geeignete Antriebe sind unter anderem 35 Schrittmotoren, Spindelmotoren und entsprechende, zu einer genauen Einstellung fähige Vorrichtungen. Die erforderliche präzise Positionierung ist je nach Punkt von einer Größenordnung von 0,5°, d.h. in einigen Anwendungen ist eine genauere Lösung als diese erforderlich, aber bei einem anderen Punkt genügt eine gröbere Genauigkeit. Die Auswuchtungselemente sind vorteilhaft von dem vorstehend genannten Antrieb unabhängig auch in einer gewünschten Position 40 arretierbar. Hierbei ist die Wahrscheinlichkeit eines Verstellens der vorgenommenen Einstellungen sehr niedrig.

Da in Faserbahnmaschinen die Walzenlängen heutzutage leicht über zehn Meter betragen, ist der Drehmittelpunkt oder die Achse von Querschnitten keineswegs unbedingt geometrisch 45 gerade, sondern eine gewisse vielförmige Kurve. In solchen Fällen kann eine Regelung, bei der an beiden Enden einer Walze 1 neben den dort vorhandenen Auswuchtungselementen 10, 20 auch im Mittelbereich der Walzenlänge derartige Auswuchtungselemente nach der Erfindung und die für deren Einstellung benötigten Vorrichtungen vorhanden sind, ein Auswuchten sogar gut erleichtern. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung wird etwa % der Länge des Walzen-50 mantels jeweils vom Ende beginnend als Endbereich und der zwischen diesen Endbereichen verbleibende Bereich als Mittelbereich angesehen. 55

Claims (9)

1. 6 AT 503 465 B1 Patentansprüche: 1. Regelung zur Auswuchtung einer Walze (1) einer Faserbahnmaschine, bei welcher der Schwerpunkt bzw. Massemittelpunkt (50) der vorhandenen Masseverteilung hinsichtlich der Drehachse (40) der Walze zum Erhalten des tatsächlichen Massemittelpunkts auf eine gewünschte Entfernung vom Drehmittelpunkt (40) geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Ende der Walze (1) mindestens ein Auswuchtungselement (10, 20) um die Drehachse (40) drehbar angeordnet ist, wobei dessen Massemittelpunkt (11, 21, 30) exzentrisch zur Drehachse (4c) in eine frei wählbare Richtung zum Umfang der Walze (1) ausrichtbar und stufenlos in radialer Richtung der Walze (1) verschiebbar ist.
2. 2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein einziges Auswuchtungselement vorhanden ist, der Massemittelpunkt (11) des Auswuchtungselements (10) um die Drehachse (40) drehbar und in radialer Richtung der Walze (1) verschiebbar angeordnet ist.
3. 3. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorhandensein von zwei oder mehreren Auswuchtungselementen (10, 20) diese von ihrem Massemittelpunkt (11, 21, 30) her zur Drehachse (40) exzentrisch und um die Drehachse (40) drehbar angeordnet sind.
4. 4. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Auswuchtungselement (10, 20) während des Rotierens der Walze (1) hinsichtlich der Drehachse (40) bewegbar angeordnet ist, insbesondere während des Hochfahrens und der Produktionszeit einer Faserbahnmaschine.
5. 5. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden der Walze (1) die Auswuchtungselemente (10, 20) angeordnet sind.
6. 6. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Auswuchtungselemente (10, 20) um die Drehachse (40) der Walze (1) um 0 - 360° drehbar angeordnet sind.
7. 7. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position für den Massemittelpunkt (50) der Walze (1) direkt oder indirekt gemessen wird.
8. 8. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Auswuchtungselemente (10, 20) neben dem Endbereich der Walze (1) auch im Mittelbereich der Länge der Walze (1) angeordnet sind.
9. 9. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Änderung eines Drehwinkels (ß) zwischen den Auswuchtungselementen (10, 20) sowie durch Änderung eines Drehwinkels (a) zwischen den Auswuchtungselementen (10, 20) und der Walze (1) die exzentrischen Auswuchtungselemente (10, 20) in eine frei wählbare Richtung im Umfang der Walze (1) ausgerichtet werden können, während der 7 AT 503 465 B1 Massemittelpunkt (30) auf die gewünschte Entfernung von der Drehachse gebracht werden kann. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen