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Die
Erfindung betrifft eine Pressanordnung zur Behandlung einer Papier-,
Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine
zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, mit wenigstens einem
von einer Presswalze und einem Gegendruckelement gebildeten Pressspalt,
wobei die Presswalze einen, um eine feststehende Achse rotierbaren
Walzenmantel besitzt, welcher von einer Stützeinrichtung der Achse zur
Bildung des Pressspaltes in Richtung (Pressrichtung) des Gegendruckelementes
gedrückt
wird.
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Die
Achsen von Presswalzen, insbesondere von durchbiegungsgesteuerten
Presswalzen, haben wegen der hohen Presskräfte im Pressspalt sowie der
Länge von
oft über
10 m enorme Dimensionen und damit auch ein sehr hohes Gewicht.
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Hinzu
kommt die Gewährleistung
der Schwingungsstabilität,
wobei die Erregung von der Rotation des Walzenmantels ausgeht. In
Verbindung mit stetig steigenden Maschinengeschwindigkeiten führt die
damit notwendige, hohe Eigenfrequenz der Achse ebenfalls zu Dimensions-
und Gewichtssteigerungen bei der Achse.
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Das
hohe Gewicht der Achse kann so leicht die Kapazität verfügbarer Hebezeuge
im Bereich der Maschine übersteigen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher das Gewicht der Achse bei Gewährleistung
einer ausreichenden Belastbarkeit und Schwingungsstabilität zu vermindern.
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Erfindungsgemäß wurde
die Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Frequenz der Pressspaltdurchläufe zwischen der Eigenfrequenz
der Achse in Pressrichtung und der Eigenfrequenz der Achse quer zur
Pressrichtung liegt.
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Entgegen
der üblichen
runden Ausführung der
Achse wird hier ein Querschnitt gewählt, dessen Flächemomente
in den beiden Hauptträgheitsachsen in
und quer zur Pressrichtung stark unterschiedlich sind.
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Die
Dimensionierung des Querschnitts in Pressrichtung wird dabei von
der Belastung, insbesondere infolge der Presskräfte im Pressspalt sowie der
Gewichtskraft und der erforderlichen Eigenfrequenz in Pressrichtung
bestimmt.
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Da
die Schwingungserregung im Wesentlichen von der Rotation des Walzenmantels
mit der Frequenz der Walzenmanteldurchläufe durch den Pressspalt ausgeht,
hängt auch
die erforderliche Eigenfrequenz der Achse von der Rotationsgeschwindigkeit
des Walzenmantels, d. h. der Maschinengeschwindigkeit ab.
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Das
Gegendruckelement kann von einer Gegenwalze oder einem Pressband
gebildet werden.
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Da
die Belastung der Achse in Pressrichtung wesentlich größer als
quer zu dieser ist, genügt
es oft auch, wenn die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung um
50%, vorzugsweise um wenigstens 100%, insbesondere um wenigstens
150% höher
als quer zur Pressrichtung ist.
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Die
geringere Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung führt zu einer
geringeren Ausdehnung der Achse quer zur Pressrichtung verbundenen mit
einem geringeren Gewicht der Achse. Möglich wird dies auch wegen
der geringeren Kräfte,
die quer zur Pressrichtung auf die Achse einwirken.
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Um
zu gewährleisten,
dass die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung ausreichend weit von
der Erregerfrequenz entfernt ist, sollte die maximale Frequenz der
Pressspaltdurchläufe
des Walzenmantels während
des Betriebs mindestens 15%, vorzugsweise zumindest 25% und insbesondere mindestens
30% kleiner als die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung sein.
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Auch
quer zur Pressrichtung sollte allerdings sichergestellt werden,
dass die Erregerfrequenz nicht oder zumindest nur kurze Zeit in
den Bereich der Eigenfrequenz der Achse kommt.
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Dies
kann erfindungsgemäß dadurch
sichergestellt werden, dass die Eigenfrequenz der Achse quer zur
Pressrichtung unter der Frequenz der Pressspaltdurchläufe des
Walzenmantels während
des Betriebs, d. h. insbesondere auch bei minimaler Betriebsgeschwindigkeit
liegt.
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Um
dies möglichst
sicher zu gestalten, sollte die minimale Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels
während
des Betriebs der Maschine mindestens 15%, vorzugsweise zumindest
25% und insbesondere mindestens 30% über der Eigenfrequenz der Achse
quer zur Pressrichtung liegen.
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Auf
diese Weise liegt die Erregerfrequenz, d. h. die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des
Walzenmantels während
des Betriebs immer zwischen der Eigenfrequenz der Achse in und quer
zur Pressrichtung.
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Lediglich
beim Anlauf und dem Bremsen der Maschine durchläuft die Erregerfrequenz die
Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung. Da dies jedoch relativ
schnell und meist auch ohne Faserstoffbahn im Pressspalt erfolgt,
ergeben sich dabei keine Probleme hinsichtlich Belastung oder Beschädigung.
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Die
Erfindung macht sich folglich die Erkenntnis zunutze, dass die Dimensionierung
der Achse quer zur Pressrichtung bisher überwiegend von der Erregerfrequenz
und wesentlich weniger von der Biegebeanspruchung bestimmt ist.
Indem man die Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung unter
die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung legt, kann so eine
große
Verminderung der Ausdehnung der Achse quer zur Pressrichtung erreicht
werden. Dabei ist lediglich sicherzustellen, dass die Eigenfrequenz
der Achse in beiden Richtungen nicht in den Bereich der Erregerfrequenz
kommt.
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Optimal
gelingt dies, wenn die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung über und
quer zur Pressrichtung unter der Erregerfrequenz liegt.
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Im
Ergebnis erlaubt dies bei einer Achse mit einem etwa rechteckigen
Querschnitt, dass die Ausdehnung in Pressrichtung wenigstens 2,5
mal, vorzugsweise wenigstens 3 mal größer als quer zur Pressrichtung
sein kann.
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Wegen
der einfachen Herstellbarkeit sollte die Achse einstückig ausgeführt sein.
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Außerdem ist
es infolge der hohen mechanischen Belastung von Vorteil, wenn die
Achse aus Metall, vorzugsweise geschmiedetem Stahl besteht.
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Anwendung
sollte eine derartige Pressanordnung wegen der hohen, erforderlichen
Presskräfte
im Pressspalt in Anordnungen finden, bei denen die Faserstoffbahn
zur Glättung
oder Entwässerung durch
den Pressspalt geführt
wird.
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Dabei
ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Pressanordnung als Kalander
zur Glättung
der Faserstoffbahn ausgebildet ist.
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Entsprechend
dem erfinderischen Gedanken ist es für ein Steuerverfahren der Pressanordnung vorteilhaft,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels in Abhängigkeit
von der Eigenfrequenz der Achse dieser Presswalze in und quer zur Pressrichtung
gesteuert oder eingestellt wird.
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Nachfolgend
soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
in der beigefügten
Zeichnung zeigt:
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1:
eine schematischen Querschnitt durch eine Presswalze und
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2:
Geschwindigkeits-Frequenz-Diagramm.
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Die
in 1 dargestellte, durchbiegungsgesteuerte Presswalze
besitzt einen, um eine feste Achse 2 rotierbaren, zylindrischen
Walzenmantel 1 aus Stahl. Dabei stützt sich der Walzenmantel 1 auf einer
hydraulischen Stützeinrichtung 3 auf
der Achse 2 ab.
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Diese
Stützeinrichtung 3 gleicht
die Durchbiegung des Walzenmantels 1 aus und presst diesen außerdem in
Pressrichtung 6 zur gegenüberliegenden Gegenwalze 4.
Durch den dabei entstehenden Pressspalt kann die Faserstoffbahn 5 allein
zur Glättung
oder gemeinsam mit zumindest einem wasseraufnehmenden Band zur Entwässerung
geführt
werden.
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Der
Spalt zwischen der hier konvexen Stützfläche der Stützeinrichtung 3 und
dem Walzenmantel 1 kann hydrostatisch und/oder hydrodynamisch
geschmiert werden.
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Infolge
der Rotation des Walzenmantels 1 kann es zu Schwingungen
kommen, die die Stabilität der
Konstruktion gefährden.
Dabei entspricht die Erregerfrequenz der Frequenz der Mantelumläufe und hängt damit
von der Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels 1 und
somit der Maschinengeschwindigkeit ab. Die Schwingungen entstehen
insbesondere auf Grund von Unwuchten des Walzenmantels 1.
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Da
die einstückigen
Achsen 2 aus geschmiedetem Stahl durchaus über 10 m
lang sein können, kommt
es allein schon durch das Eigengewicht zu einer erheblichen Belastung
der Achse 2. Hinzu kommen die Presskräfte der Stützeinrichtung 3, welche wie
hier bei nach oben gerichteter Stützfläche die Achse 2 gemeinsam
mit der Gewichtskraft entgegen der Pressrichtung 6 belasten.
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Im
Ergebnis ist die Belastbarkeit der Achse 2 für diese
Kräfte
in bzw. entgegen der Pressrichtung 6 am größten sein.
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Bleibt
allerdings noch die Schwingungsstabilität der Achse 2, welche
dann gegeben ist, wenn die Eigenfrequenz außerhalb des Bereichs der Erregerfrequenz
liegt, so dass sich keine Resonanzerscheinungen entwickeln können.
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Um
dies zu erreichen, wird die Eigenfrequenz in Pressrichtung 6,
wie bekannt, über
die Erregerfrequenz während
des Betriebs, aber quer zur Pressrichtung 6 unter diese Erregerfrequenz
gelegt. Hierzu müssen
die Flächenträgheitsmomente
der Achse 2 in und quer zur Pressrichtung 6 entsprechend
ausgelegt werden.
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Da
die Auslegung der Achsen 2 bei hohen Maschinengeschwindigkeiten
von über
1500 m/min und Längen
von mehr als 6 m ohnehin von der Eigenfrequenz und nicht von den
Press- und Gewichtskräften
geprägt
ist, kann die Achse 2 quer zur Pressrichtung 6 wegen
der geringeren Eigenfrequenz auch viel schmaler ausgebildet werden
als in Pressrichtung 6.
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Infolgedessen
kann das Gewicht der Achse 2 wesentlich reduziert werden,
ohne die Stabilität,
insbesondere die Schwingungsstabilität zu beeinträchtigen.
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Um
sicherzustellen, dass die Erregerfrequenz nicht in den Bereich einer
Eigenfrequenz kommt, wird die Eigenfrequenz quer zur Pressrichtung 6 um
20% unter die minimale Erregerfrequenz, welche sich bei minimaler
Betriebsgeschwindigkeit vmin der Maschine
ergibt, gelegt. Außerdem
liegt, wie in 2 zu sehen, die Eigenfrequenz
a in Pressrichtung 6 20% über der maximalen Erregerfrequenz, welche
sich bei maximaler Betriebsgeschwindigkeit vmax der
Maschine einstellt.
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Nimmt
man beispielsweise an, dass die maximale Betriebsgeschwindigkeit
vmax der Konstruktionsgeschwindigkeit und
die minimale Betriebsgeschwindigkeit vmin der
Hälfte
der Konstruktionsgeschwindigkeit entspricht, so ergibt sich unter
Berücksichtigung
des Sicherheitsaufschlags auf 1,2 vmax und des
Sicherheitsabschlags auf 0,8 vmin, dass
die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung 6 dreimal höher als
quer zur Pressrichtung 6 sein muss.
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Da
die Eigenfrequenz a proportional der Wurzel aus dem Flächenmoment
ist, muss das Flächenmoment
in Pressrichtung 6 neunmal größer als das Flächenmoment
quer zur Pressrichtung 6 sein.
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Bei
einem rechteckigen Querschnitt führt dies
dazu, dass die Ausdehnung der Achse 2 in Pressrichtung 6 dreimal
größer als
quer zur Pressrichtung 6 ist.
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Die
durch die Erfindung mögliche
Gewichtsreduzierung der Achse 2 ist so erheblich, dass
das Durchfahren der Eigenfrequenz der Achse 2 quer zur Pressrichtung 6 beim
Anfahren und Abbremsen in Kauf genommen werden kann, da dies ohnehin
sehr schnell erfolgt.