-
Die
Erfindung betrifft Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen in
einer Glättanordnung
mit mehreren Glättwalzen
zur Glättung
einer Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine
zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, in welcher die Faserstoffbahn
durch zumindest einen, von zwei gegeneinander gedrückten Glättwalzen
gebildeten Glättspalt
geführt
wird, wobei zumindest eine Glättwalze
der Glättanordnung
angetrieben ist und wenigstens eine Glättwalze einen elastischen Walzenbezug
oder elastischen Walzenmantel besitzt.
-
Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in
einer Glättanordnung
mit mehreren Glättwalzen
zur Glättung
einer Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer
Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, in welcher
die Faserstoffbahn durch zumindest einen, von zwei gegeneinander
gedrückten
Glättwalzen
gebildeten Glättspalt
geführt
wird, wobei zumindest eine Glättwalze
der Glättanordnung mit
einem Antrieb verbunden ist und wenigstens eine Glättwalze
einen elastischen Walzenbezug oder elastischen Walzenmantel besitzt.
-
Im
Zusammenhang mit der Bildung von axialen Streifen im Papier (Dicke-,
Glanz-, Glättestreifen) von
Mehrwalzen-Kalandern treten häufig
Schwingungen, die als Resonanzerscheinungen bezeichnet werden. Die
Resonanzerscheinung bildet sich innerhalb weniger Minuten unter
erheblicher Lärmentwicklung
(>100 dBA) aus und
erzeugt gleichzeitig Streifen im Papier. Diese Resonanzerscheinungen
sind abhängig
von der Linienkraft, der Kalandriergeschwindigkeit und der produzierten
Papiersorte. Tendenziell verringert eine höhere Linienkraft den Einfluss
der Resonanz, während
eine höhere
Geschwindigkeit und/oder ein höheres
Flächengewicht
den unerwünschten
Einfluss der Resonanz verstärken.
-
Die
Streifen bilden sich als Antwort einer Schwinungsanregung im Gegensatz
zum sonst als Barring bezeichneten Phänomen direkt auf dem Papier.
Die Schwingungen erzeugen kein Polygonmuster auf dem Kunststoffbelag
von Biegeausgleichs- und Mittelwalzen, da es sich hierbei nicht
um ein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz einer Walze im Mehrwalzen-Kalander
handelt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Schwingungen zu dämpfen.
-
Erfindungsgemäß wurde
die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass
die Schwingungen bei wenigstens einer Glättwalze gemessen und über einen
Korrektur-Antrieb zumindest einer Glättwalze Korrektur-Drehmomente
mit einer Frequenz eingeleitet werden, die der Frequenz oder einem
Vielfachen der Frequenz der gemessenen Schwingungen entspricht oder
zumindest mit einer Frequenz eingeleitet werden, die zu einer Verminderung
der Schwingungen führen.
-
In
letzterem Fall sollte die Frequenz der Korrektur-Drehmomente so
gesteuert werden, dass sich ein Minimum bei den Schwingungen ergibt.
-
Dabei
wurde erkannt, dass die Entstehung von Resonanzerscheinungen durch
folgenden Mechanismus herbeigeführt
wird: Durch Schwingungsanregungen entstehen im Kalander unter anderem Schwingungen
in Niprichtung, die zu einer Papierdickenveränderung im Walzspalt (Nip)
führen.
Diese Papierdickenänderung
führt zu
einer kurzfristigen Änderung
der plastischen Umformarbeit bzw. der Satinageleistung. Damit entstehen
hochfrequente Antriebsschwankungen, da das Papier mehr oder weniger
viel Satinageleistung zur plastischen Umformung aufnimmt. Diese
Antriebsschwankungen führen
zu Kräften,
die quer zum Nip wirken. Wenn die Eigenfrequenz der Walzen in Niprichtung
und quer zum Nip gleich bzw. von gleicher Größenordnung sind, entsteht eine
Lagekopplung des Walzenpackets, die zur oben beschriebenen Resonanzerscheinung
von ca. 200 bis über
1000 Hz führt.
-
Die
Schwingungen bei Resonanzerscheinungen sind folglich durch eine
Kombination von Schwingungen in Niprichtung und quer zur Niprichtung
in einem relativ schmalen Frequenzband von einigen Herz im Bereich
von 200 bis über
1000 Hz gekennzeichnet.
-
Daher
kann durch den Eintrag eines hochfrequent geregelten Momentes in
diesem Frequenzbereich die Koppelung von Schwingungen in Niprichtung
und quer zur Niprichtung zur Schwingungsdämpfung oder zur Schwingungstilgung
genutzt und damit die Bildung von Glanz-, Glätte- und Dickestreifen im Papier
vermieden werden.
-
Um
eine möglichst
umfassende Dämpfung zu
erreichen sollte die Amplitude der Korrektur-Drehmomente soweit
vergrößert werden,
bis sich ein Minimum bei den Schwingungen einstellt oder die Schwingungen
sogar ganz verschwinden.
-
Wegen
der zu erwartenden Frequenz der Schwingungen sollte auch die Frequenz
der Korrektur-Drehmomente zwischen 200 und 1000 Hz liegen.
-
Um
den Aufwand für
den Korrektur-Antrieb zu begrenzen, ist es vorteilhaft, wenn dieser
nur zur Aufbringung der Korrektur-Drehmomente ausgelegt und verwendet
wird.
-
Zur
Begrenzung der Anzahl von Antrieben kann es aber ebenso von Vorteil
sein, wenn der Korrektur-Antrieb so antriebsstark ausgewählt wird,
dass dieser gleichzeitig auch für
den Antrieb der entsprechenden Glättwalze benutzt werden kann.
-
Hinsichtlich
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist wesentlich, dass wenigstens einer Glättwalze ein Schwingungsmesser
zur Erfassung von Schwingungen der Glättwalze und zumindest einer
Glättwalze
ein Korrektur-Antrieb zur Einleitung von hochfrequenten Korrektur-Drehmomenten
zugeordnet ist, wobei der Schwingungsmesser und der Korrektur-Antrieb
mit einer Steuereinheit verbunden sind.
-
Als
Korrektur-Antrieb eignet sich insbesondere ein Synchronmotor, welcher
vorzugsweise über einen
Frequenzumrichter angesteuert wird.
-
Wegen
der hohen Frequenz der Korrektur-Drehmomente sollte der Korrektur-Antrieb
direkt, d.h. ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe mit dem Zapfen
oder der Achse der Glättwalze
verbunden werden.
-
Dieser
spezielle Elektromotor (Torque-Motor) sollte mit einem sehr schnell
arbeitenden Frequenzumrichter ausgerüstet sein, der auch im Frequenzbereich
der Resonanzerscheinung von ca. 200 bis mehr als 1000 Hz arbeitet.
-
Zur
Kompensation der Schwingungen der Glättwalzen wird nun ein mit der
Resonanzfrequenz pulsierendes, hochfrequentes Moment in den Walzenzapfen
oder die Walzenachse und damit in die Glättwalzenanordnung eingeleitet.
Vorteilhaft kann auch die Einbringung eines hochfrequenten Drehmomentes
mit der inversen Amplitude gleicher Frequenz der Glättwalzenanordnung
sein.
-
Dazu
sollte die Amplitude und Phasenlage des eingeleiteten hochfrequenten
Korrektur-Drehmomentes geregelt werden, wozu eine Messung der Walzenschwingung
vorzugsweise bei mindestens zwei Glättwalzen vorgenommen wird.
-
Die
Messung der Schwingungen der Glättwalze
kann direkt mit Wirbelstrom-, Lasertechnik oder Beschleunigungsaufnehmern
erfolgen.
-
Eine
indirekte Schwingungsmessung ist über eine Messung des Motorstroms
des Antriebs der Glättwalze
möglich.
-
Um
Motordrehzahl und Drehmoment einstellen zu können, wird zur Ansteuerung
des Direktantriebes ein Frequenzumrichter eingesetzt.
-
Bei
Betriebsgeschwindigkeit des Kalanders stellt sich je nach notwendigem
Drehmoment ein entsprechender Motorstrom ein. Analysiert man diesen Strom
mit einem hochauflösenden
Messgerät,
so sieht man, dass der Strom über
die Zeit nicht absolut konstant ist, sondern dass die Unrundheiten
der Glättwalzen
zu Drehmomentschwankungen führen, die
sich als Oberwellen im Motorstrom messen lassen. Pro Walzenumdrehung
gibt es eine sinusförmige
Schwankung des Stromes.
-
Vorzugsweise
wird diese hochauflösende Motorstrommessung
direkt mit einem integrierten Diagnosetool im Frequenzumrichter
erfasst und über einen
gewissen Zeitraum (z.B. 1 min) als Referenzwert gespeichert. Ein
im Frequenzumrichter integriertes Diagnosetool ist gegenüber einem
externen Messgerät
genauer und schneller.
-
Kommt
es nun beim Betrieb des Kalanders zu weiteren Schwingungen, z.B.
hervorgerufen durch Barring, werden sich diese als zusätzliche
unerwünschte
Schwankungen im Motordrehmoment zeigen. Die kontinuierliche automatische
Aufzeichnung der Motorströme
im Vergleich mit den als Referenzwert gemessenen Stromkurven kann
damit zur Erkennung von maschinenbedingten Resonanzfrequenzen genutzt
werden. Die zeitliche Ableitung der Messwerte und die Fourier-Analyse
ermöglichen
die exakte Bestimmung der Frequenz und Amplitude der Schwingung.
-
Die
so ermittelten Amplituden werden dann in inverser Gestalt zur Schwingungsverhinderung
genutzt.
-
Der
frequenzmäßig schnell
arbeitende Korrektur-Antrieb muss hinsichtlich seiner Leistung nicht auf
die Antriebsleistung der Glättwalze
ausgelegt sein, jedoch ist dies auch möglich. In letzterem Fall fungiert
der Korrektur-Antrieb auch gleichzeitig als normaler Antrieb der
Glättwalze.
-
Anwendung
kann das beschriebene Verfahren oder die Vorrichtung bei Glättanordnungen,
die von nur zwei Glättwalzen
gebildet werden, finden.
-
Von
Vorteil ist jedoch die Anwendung bei Glättanordnungen, die von mehr
als zwei Glättwalzen
gebildet werden, wobei die Glättwalzen
vorzugsweise in einer Stapelebene übereinander angeordnet sind.
-
Dabei
sollte der Korrektur-Antrieb mit einer Glättwalze verbunden sein, die
mit zwei Glättwalzen je
einen Glättspalt
bildet, d.h. einer Mittelwalze des Walzenstapels.
-
Je
nach Bedarf können
auch an mehreren Glättwalzen
Korrektur-Antriebe vorgesehen werden.
-
Hinsichtlich
der Erfindung ist zusammengefasst wesentlich, dass durch eine Messung
der Walzenschwingung ein hochfrequentes Drehmoment so eingeregelt
werden kann, dass die Schwingbewegung der Glättwalzen mit der Resonanzfrequenz
und deren Vielfachen minimal werden. Dadurch wird die Bildung von
Streifen in der Faserstoffbahn mit der Frequenz der Resonanzerscheinung
weitgehend vermieden. Zumindest erfolgt eine deutliche Standzeitverlängerung
der Glättanordnung.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
In der beigefügten
Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch
eine Kalanderanordnung, welche der Glättung der Faserstoffbahn 1 dient
und sich am Ende einer Herstellungsmaschine befindet.
-
Der
Kalander wird von einem Stapel von 8 übereinander angeordneten Glättwalzen 2, 3, 4 gebildet,
die von einem Ständer
des Kalanders gehalten werden. Die Faserstoffbahn 1 durchläuft die
Glättspalte
von oben nach unten, wobei die Faserstoffbahn 1 zwischen
den Glättspalten über hier
nicht dargestellte Leitwalzen geführt wird. Nach dem Kalander wird
die Faserstoffbahn 1 zu einer in Bahnlaufrichtung 9 unmittelbar
folgenden Aufwickelvorrichtung geführt.
-
Dabei
wird der Stapel von einer oberen und einer unteren End-Glättwalze 2 begrenzt.
Diese End-Glättwalzen 2 sind
als Durchbiegungseinstellwalzen mit einem über eine Durchbiegungseinstelleinrichtung
auf einem drehfest gehaltenen Träger
abgestützten
Walzenmantel ausgebildet.
-
Die
Durchbiegungseinstelleinrichtung wird dabei jeweils von mehreren,
axial nebeneinander angeordneten und hydraulisch anpressbaren Stützkolben
gebildet, die den rotierbaren Walzenmantel in der Stapel- und Pressebene
zur gegenüberliegenden End-Glättwalze 2 drücken.
-
Zur
Einleitung des wesentlichsten Teils der erforderlichen Antriebsleistung
ist den Glätwalzen 3 mit
elastischem Bezug, die jeweils mit den End-Glättwalzen 2 dem ersten
bzw. letzten Glättspalt
des Kalanders bilden, jeweils ein Antrieb 5 zugeordnet.
-
Bei
Online-Kalandern besitzen alle Glättwalzen 2, 3, 4 einen
Antrieb 5, was das Einführen
der Faserstoffbahn 1 durch die offenen Glättspalte
und das nachfolgende Schließen
der Glättspalte
erlaubt.
-
Zwischen
den End-Glättwalzen 2 befinden sich
mehrere Mittel-Glättwalzen 3, 4,
von denen einige 3 einen elastischen Walzenbezug aufweisen. Während bei
dem mittig angeordneten Wendespalt zwei Glättwalzen 3 mit elastischem
Walzenbezug gegeneinander gedrückt
werden, ist bei den anderen Glättspalten
jeweils nur eine Glättwalze 3 mit
elastischem Walzenbezug vorhanden.
-
Dabei
sind den drei oberen Glättwalzen 2, 3, 4 Schwingungsmesser 7 zur
Erfassung der in und quer zur Pressrichtung im Glättspalt
vorkommenden Schwingungen zugeordnet. Diese arbeiten hier beispielhaft
auf der Basis von Lasertechnik und sind geeignet, die bevorzugt
im Frequenzbereich zwischen 200 und 1000 Hz vorkommenden Schwingungen
zu erfassen.
-
Die
Messwerte der Schwingungsmesser 7 werden an die Steuereinheit 8 übermittelt
und dort ausgewertet.
-
Um
den Schwingungen entgegenwirken zu können, ist an den drei oberen
Glättwalzen 2, 3, 4 jeweils
ein Korrektur-Antrieb 6 vorhanden. Diese Korrektur-Antriebe 6 sind
als elektrische Synchronmotoren ausgebildet und direkt mit dem Walzenzapfen dieser
Glättwalzen 2, 3, 4 verbunden.
-
Die
Synchronmotoren besitzen sehr schnell arbeitende Frequenzumrichter,
die von der Steuereinheit 8 angesteuert werden.
-
Dabei
werden zur Dämpfung
der Schwingungen über
die Korrektur-Antriebe 6 Korrektur-Drehmomente in die Glättwalzen 4 eingeleitet.
Die Frequenz der Korrektur-Drehmomente
entspricht etwa der Frequenz oder einem Vielfachen der von den Schwingungsmessern 7 gemessenen
Frequenz.
-
Zur
Optimierung der Dämpfung
werden Frequenz und Phasenlage und Amplitude soweit verändert, dass
sich ein Minimum bei den gemessenen Schwingungen ergibt oder diese
gar verschwinden.
-
Die
Korrektur-Antriebe 6 müssen
nur für
die Aufbringung der Korrektur-Drehmomente ausgelegt sein.
-
Bei
Bedarf könnten über diese
jedoch auch der Antrieb des Kalanders erfolgen und/oder Korrektur-Drehmomente über die
Antriebe 5 der Glättwalzen 2, 3, 4 eingeleitet
werden.
-
Im
Ergebnis können
so wirkungsvoll und einfach die axialen Streifen in der Faserstoffbahn 1 verhindert
oder zumindest vermindert werden.