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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem die Bildung eines Oberflächendefekts einer Walze erkannt werden kann. In der Fertigung und Verarbeitung von Faserstoffbahnen, wie beispielsweise Papier, Karton oder Tissuepapier, werden eine Vielzahl von Walzen eingesetzt, mit denen auf die Faserstoffbahn eingewirkt wird.
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Moderne Maschinen dieser Art haben erhebliche Laufgeschwindigkeiten, so dass die Walzen einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Im Walzenspalt wird der Walzenmantel in der Regel sehr schnell zusammengepresst und nach kürzester Zeit auch wieder entspannt, so dass hierin eine erhebliche Belastung der Walzenmäntel vorliegt. Insbesondere bei sogenannten weichen Walzen, die einen steifen und druckfesten Walzenkern und eine elastisch verformbare Beschichtung haben, kann diese Wechselbelastung zu Defekten führen. Eine Form der Defekte wird als hot spot bezeichnet, da hier thermische Vorgänge eine erheblichen Einfluss haben. Die Defekte können aber auch andere Formen haben, beispielsweise können auch Ablösungen, Senken, Brüche, Risse oder wechselnde Oberflächenrauhigkeiten oder andere Versagensformen der Walzen als Defekte auftreten.
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Nachfolgend wird die Entstehung eines hot spots als ein Beispiel für die Bildung eines Defekts beschrieben. Bei der wechselnden Belastung beim Passieren des Walzenspalts wird das in der Regel aus Kunststoff oder Kunststoffverbundwerkstoffen bestehende Walzenbeschichtung erwärmt, diese Wärme wird im Regelfall von dem Walzenmantel bzw. der Faserstoffbahn ausreichend abgeführt. Die Temperatur der Walzenoberfläche gehorcht einem Gleichgewicht eingetragener und abgeführter Wärmemengen. Kommt es zu geringen Defekten in der Beschichtung, beispielsweise eine auch nur kleine lokale Ablösung, so kann das Wärmegleichgewicht gestört werden. Die Walze läuft weiter und die Stelle der Walze mit der Ablösung wird weiterhin im Walzenspalt periodisch zusammengedrückt und wieder entspannt. Durch die verschlechterte Wärmeabfuhr and der Ablösestelle erwärmt sich das Beschichtungsmaterial lokal. Durch diese lokale Erwärmung dehnt sich das Material aus und wird nun beim Passieren des Walzenspalts, wegen größerer Abmessungen der Walze an dieser Stelle, stärker zusammengepresst als vorher. Mit dem stärkeren Zusammenpressen wächst auch der Energieeintrag in die Beschichtung an dieser Stelle und die Temperatur dort steigt weiter. Durch diese selbstverstärkenden Effekt kann es rasch zu einem übermäßigen Anstieg der lokalen Temperatur und damit zum lokalen Versagen der Walzenbeschichtung kommen. Treten Spalte Risse auf oder platzt die Beschichtung stellenweise ab, so sind viele Folgeschäden mit entsprechend langen Stillstandzeiten in der Faserbahnmaschine zu erwarten.
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Die Entwicklung von solchen hot spots ist schnell, d. h. üblicherweise vergeht weniger als eine Minute bei der Entwicklung von dem ersten minimalen Anfangsdefekt bis zum lokalen Versagen der Walzenbeschichtung. Daher ist nicht nur eine zuverlässige sondern auch eine schnelle oder frühe Erkennung der Defektbildung von herausragender Bedeutung.
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Bisher bekannte Verfahren verwenden eine Wärmebildkamera mit der die Walzenoberfläche beobachtet wird, allerdings ist es schwierig, den nötigen Platz und die erforderlichen Einrichtungen für den Einbau der Kamera bereitzustellen und wegen den inzwischen angestiegenen Bahngeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min erreichen auch aktuelle Wärmebildkameras keine ausreichende Auflösung mehr.
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Alternativ wird eine Frequenzanalyse an den Walzenlagern der zu beobachtenden Walze gemessener Frequenzen verwendet, wobei aus den Schwingungen auf das Entstehen eines Defekts geschlossen werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch nicht sehr zuverlässig, da ein sich in größerer Entfernung von den Lagern auf der Walze ausbildender Defekt in den Schwingungsmessungen untergeht, d. h. immer schwieriger zu erkennen ist, je mehr sich der Defekt der Walzenlängsmitte nähert. Um diese Schwingungen zu ermitteln und auszuwerten bedarf es dann weitergehender Analysen, für die schlichtweg keine Zeit bleibt. Wenn die für den Defekt typischen Schwingungen von den maschineneigenen Vibrationen überlagert werden, ist der Defekt überhaupt nicht mehr erkennbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges und schnelles Verfahren zur frühzeitigen Erkennung von Oberflächendefekten einer Walze vorzuschlagen. Ferner soll auch eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung vorgeschlagen werden.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst; hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aus der Maschine austretende Faserstoffbahn mit einer Inspektionsanlage zur Überwachung der Faserstoffqualität überwacht. Treten Ungleichmäßigkeiten der Faserstoffbahn auf, wo mindestens ein von der Inspektionsanlage erfassbarer Parameter lokal ungleichmäßig ist, so werden diese Ungleichmäßigkeiten als solche sowie deren Lage in der Bahnquerrichtung und der Bahnlaufrichtung erfasst. Erfindungsgemäß wird ein Hinweis auf einen Oberflächendefekt an einer Walze herausgegeben, wenn die Lage der Ungleichmäßigkeiten in Bahnquerrichtung gleichbleibend ist und die Unregelmäßigkeiten im Abstand eines Walzenumfangs wiederholt auftreten.
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Der Erfinder hat erkannt, dass mit beginnender Bildung eines Oberflächendefekt, sich dieser beginnende Defekt im Regelfall in der Bahn niederschlägt und dort von der Qualitätsüberwachungsanlage als Abweichung eines zu überwachenden Parameters erkannt wird. Tritt diese Unregelmäßigkeit in Maschinenquerrichtung an derselben Position auf und wiederholt sich diese im Abstand eines Walzenumfangs, so kann man sagen, dass diese wiederholten Abweichungen ein und derselben Stelle einer Walze zugeordnet werden können.
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Ein ortsgebundene, wiederholt auftretende Abweichung ist ein starker Hinweis auf eine lokale Defektbildung an der in Frage kommenden Walze. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist die Erfassung von einer Vielzahl verschiedener Defekte der Walzenoberfläche möglich. Der Hinweis auf einen Oberflächendefekt kann ein Hinweis auf die Bildung einer örtlichen Erwärmung (hot spot) eines elastischen Walzenmantels sein und als ein solcher aufgefasst werden. Von den Defekten, die an einer Walze überhaupt auftreten ist die hot spot Bildung der häufigste Defekt, der sich auch sehr rasch entwickelt. Deshalb ist es eine sinnvolle (aber nicht die einzig mögliche) Annahme dass die auftretenden Defekthinweise als Hinweis auf einen hot spot interpretiert werden.
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Für die Überwachung der Faserstoffbahn wird vorzugsweise eine Inspektionsanlage eingesetzt, die die zu erfassenden Bahnparameter auf optischem Wege erfasst. Auf diese Weise wird ein Verschleiß der Inspektionsanlage vermieden. Solche Inspektionsanlagen werden von verschiedenen Firmen angeboten und gehören mittlerweile zum Standard in Papier-, Karton-, und Tissuemaschinen sowie zu Maschinen in denen die Faserstoffbahn nachträglich bearbeitet wird, wie z. B. Kalander.
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Je nach Ausrüstung und Produkt der Maschine kann der ungleichmäßige Parameter der Glanz der Faserstoffbahn, die Farbe der Faserstoffbahn, der Trockengehalt der Faserstoffbahn, die Dicke der Faserstoffbahn oder die Kombination von zwei oder mehreren solcher Parameter sein.
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Um Schäden zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn das Verfahren derart betrieben wird, dass Gegenmaßnahmen in der Faserstoffmaschine oder der Faserstoff verarbeitenden Maschine eingeleitet werden, wenn ein Hinweis auf einen Oberflächendefekt einer Walze vorliegt. Diese Gegenmaßnahmen können vorzugsweise automatisch eingeleitet werden.
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Geeignete Gegenmaßnahmen sind: das Öffnen des mindestens einen Walzenspalts, an dem die Walze mit dem Oberflächendefekt beteiligt ist, das Abheben einer Rakel von der Walze, wenn die Walze mit dem Oberflächendefekt mit einer Rakel zusammenwirkt, das Abschneiden der Faserstoffbahn in Laufrichtung vor dem Walzenspalt oder vor den Walzenspalten an dem oder an denen die Walze mit dem Oberflächendefekt beteiligt ist, Öffnen von einem oder mehreren Walzenspalten, die in Laufrichtung der Faserstoffbahn vor dem Walzenspalt angeordnet sind, an dem die Walze mit dem Oberflächendefekt beteiligt ist, und die Herausgabe eines akustischen und/oder optischen Warnsignals. Von diesen Maßnahmen kann nur eine einzelne Maßnahme oder eine Kombination davon vorgesehen werden.
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Um trotz hoher Bahnlaufgeschwindigkeiten eine zuverlässige Defektwarnung zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Erfassung von Auftreten und Lage von Ungleichmäßigkeiten in der Faserstoffbahn durch eine Bildauswertung mit elektronischen Mitteln erfolgt und dass die Wiederholrate der Bildauswertung derart angepasst ist, dass innerhalb einer Umdrehungsdauer einer zu überwachenden Walze das erfasste Bahnbild mindestens einmal, vorzugsweise mehrfach auswertbar ist. Elektronische Mittel sind so weit entwickelt, dass eine zuverlässige Bildauswertung möglich ist, die keine nennenswerten zusätzlichen Kosten zur Folge hat. Wird das Bahnbild mehrfach auf einem Umlauf der zu überwachenden Walze erfasst und ausgewertet, so ist der isoliert oder als einzelner Punkt auftretende Defekt leichter als solcher zu erkennen.
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Vorzugsweise sind die elektronischen Mittel derart ausgelegt und angepasst, dass das mehrfache Auftreten der Unregelmäßigkeiten innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 20 Sekunden und vorzugsweise innerhalb weniger als 5 Sekunden erfasst, erkannt und ein Hinweis herausgegeben werden kann. Bei dünnen Walzen mit hoher Drehzahl bei hoher Bahnlaufgeschwindigkeit tritt der Defekt mit hoher Wiederholungsrate auf, kann sich aber auch sehr schnell entwickeln. Daher ist hier eine rasche Erfassung eines sich bildenden Defekts von Vorteil.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine Perspektivansicht einer Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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2 einen Auszug aus einem Messprotokoll Ausdruck einer Inspektionsanlage in einer ausgeführten Papiermaschine.
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In 1 sind zwei Walzen 1 und 2 gezeigt, die miteinander einen Walzenspalt 11 bilden, durch den eine Bahn 3 verläuft. Die Bahn 3 kann, wie zuvor erläutert, eine beliebige Faserstoffbahn z. B. Papier-, Karton-, Faserplatten-, Zellulosebahn etc. sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung wird eine Papierbahn beispielhaft gewählt und beschrieben.
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Die Papierbahn 3 wird in der mit Pfeil 4 gerichteten Richtung gefördert und durchläuft dabei den Walzenspalt 11 und wird dabei von den sich in Pfeilrichtung gegeneinander drehenden Walzen 1 und 2 behandelt, in vorliegenden Fall wird als Beispiel das Walzenpaar 1, 2 als ein Walzenpaar einer Glätteinrichtung -eines Kalanders- angenommen. In diesem Fall wird das Papier mit Druck und üblicherweise Wärme behandelt und dadurch mit gewünschten Eigenschaften versehen, die keineswegs die endgültigen Eigenschaften des Endprodukts sein müssen, aber sein können. Der Walzenspalt kann auch zwischen einem Band und einer Walze gebildet sein.
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Oberhalb der Bahn 3 ist mit Bezugszeichen 5 eine Inspektionsanlage als Balken dargestellt, wodurch lediglich verdeutlicht wird, dass hier eine Beobachtung der Bahn 3 möglich ist und auch vorgenommen wird. Die Inspektionsanlage kann an einer passenden Stelle angebracht sein, die eine Beobachtung der Seite der Bahn 3 ermöglicht, die der auf Oberflächendefekte hin zu überwachenden Walze 1 zugewandt den Walzenspalt 11 passiert hat. Dafür können beliebige Anordnungen der Inspektionsanlage 5 gewählt werden. Ferner zeigt Bezugszeichen 12 in 1 einen Oberflächendefekt auf der Oberfläche der Walze 1. In diesem Ausführungsbeispiel bzw. Anwendungsbeispiel des Verfahrens ist der Defekt ein hot spot in der Walzenbeschichtung der Walze 1. Andere Defekte sind nach dem gleichen Prinzip erfassbar.
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Der Defekt 12 verursacht eine lokale Veränderung eines von der Inspektionsanlage 5 erfassten Parameters, so dass sich in der von der Inspektionsanlage 5 erfassten Parameteraufnahme oder Parameterabbildung eine Ungleichmäßigkeit (Bezugszeichen 32 in 2) abzeichnet. Diese Ungleichmäßigkeit 31 der Bahn 3 kann bei einer Vielzahl von Parametern auftreten und überwacht werden; in diesem Ausführungsbeispiel wird der Glanz der Bahn 3 als Parameter überwacht.
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Wie in 1 gezeigt ist, tritt die Ungleichmäßigkeit 31 mehrfach stets mit gleicher Lage x bezüglich einer Stirnfläche der Walze 1 (oder dem Rand der Papierbahn 3) und im Abstand von einem Walzenumfang 1 der Walze 1 regelmäßig auf. Mit Hilfe einer Bildauswertung des von der Inspektionsanlage 5 erfassten Parameterbildes lassen sich die Unregelmäßigkeiten 31 erkennen und die Lagewiederholung kann ebenfalls erkannt werden. Aus diesen Informationen kann auf einen Walzendefekt 12 der Walze 1 rasch und mit hoher Zuverlässigkeit geschlossen werden.
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2 zeigt eine Momentaufnahme des Parameters Glanz, der über die Bahnbreite von einer Inspektionsanlage in einem realen Kalander gemessen wurde. Mit 32 ist ein lokaler Anstieg des Glanzwerts (tatsächlich 1–2%) markiert, der im Abstand x (hier bei der Zahl 400 vom Bahnrand auftritt) und sich im Abstand eines Walzenumfangs wiederholte. Es trat dann auch an dieser Stelle ein Oberflächendefekt in der Bahn auf.
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Wie eingangs erläutert können entsprechende Maßnahmen einzeln oder in Kombination eingeleitet werden, wenn ein Oberflächendefekt erkannt wurde, dazu gehören Maßnahmen, wie Alarme, Öffnen des Walzenspalts, Abschneiden der Bahn Anhalten der Maschine und dergleichen. Auf diese Weise können Folgeschäden vermieden oder vermindert werden.
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Es wird ein Verfahren zur Erkennung von Oberflächendefekten an Walzen in einer Faserstoffmaschine oder einer Faserstoff verarbeitenden Maschine beschrieben. Diese Maschinen können insbesondere eine Papiermaschine, eine Papier verarbeitende Maschine oder ein Kalander sein. Das Verfahren hat die Schritte: Überwachen der aus der Maschine austretenden Faserstoffbahn mit einer Inspektionsanlage zur Überwachung der Faserstoffqualität; Erfassen von Ungleichmäßigkeiten der Faserstoffbahn an denen mindestens ein von der Inspektionsanlage erfassbarer Parameter lokal ungleichmäßig ist; Erfassen der Lage der Ungleichmäßigkeiten in der Bahnquerrichtung und der Bahnlaufrichtung. Gemäß dem Verfahren wird ein Hinweis auf einen Oberflächendefekt an einer Walze herausgegeben, wenn die Lage der Ungleichmäßigkeiten in Bahnquerrichtung gleichbleibend ist und die Unregelmäßigkeiten im Abstand eines Walzenumfangs wiederholt auftreten.
