DE102010003141A1 - Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer Faserbahnmaschine - Google Patents

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DE102010003141A1
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Markku JÄRVENSIVU
Mika Lehmusvaara
Jari Paanasalo
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Abstract

Eine Anordnung zum Betreiben der Faserbahnmaschine, welche Faserbahnmaschine ein zu drehendes Behandlungselement (3, 3') zur Behandlung einer Faserbahn (W) umfasst, weist eine Drehvorrichtung zum Beschleunigen, Drehen und Verzögern des Behandlungselements (3, 3'). Die Drehvorrichtung einen Drehantrieb (1), welcher in der Kraftübertragungskopplung mit dem Behandlungselement (3, 3') angeordnet ist, und als Steuer- und Einstellvorrichtungen der elektrischen Energie miteinander verbundene Umformer, einen AC-DC-Umformer (4, 14) und einen DC-AC-Umformer (5, 15), zum Zuführen der aus dem Zuführungsnetzt (2) der elektrischen Energie hergeleiteten elektrischen Energie dem Drehantrieb als Rotationsenergie (1) auf. Die Anordnung umfasst einen Drehantrieb (1), welcher elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Behandlungselements (3, 3') im verzögerten Betrieb (D) des Drehantriebes (1) umzuwandeln vorgesehen ist; und einen Energiespeicher (7, C), welcher die aus der Bewegungsenergie des zu drehenden Behandlungselements (3, 3') gebildete elektrische Energie als Rotationsenergie (A) des Drehantriebes (1, 11) zu speichern und abzugeben vorgesehen ist. Des weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer Faserbahnmaschine beschrieben.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft das Betreiben einer Faserbahnmaschine wie einer Papier-, Karton-, Tissue- oder Zellstoffmaschine. Besonders, aber nicht nur, betrifft die Erfindung die Energieuführung der Drehantriebe der Walzen und der entsprechenden Behandlungselemente in der Faserbahnmaschine.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Beim Ansteigen der Anforderungen an Produktivität der Faserbahnmaschinen wird die Faserbahn mit Hilfe von immer breiteren und schnelleren Maschinen erzeugt. Die Anforderungen an die Effektivität der Produktion sind herkömmlich durch Erhöhen der Betriebsgeschwindigkeit und der Produktionsbreite der Faserbahnmaschine und der Nachbehandlungsanlagen gelöst worden. Dabei müssen die Anlagen so bemessen werden, dass die Konstruktionen der Anlagen sehr schwer werden. Aufgrund der schweren zu drehenden Maschinenelemente der Faserbahnmaschine müssen auch die Drehantriebe, die Getriebe, die Stromquellen, das Zuführungsnetz und andere Stellantriebe groß und teuer dimensioniert werden, damit angemessene Beschleunigungszeiten erzielt werden können. Zu den drehbaren Maschinenelemente der Faserbahnmaschine zählen zum Beispiel die Walzen, die mit ihren Drehelementen zu drehenden Gewebe sowie Bänder und Maschinenrollen. Zum Beispiel verlangt das Beschleunigen der vollen Maschinenrollen am Aufroller oder am Rollenschneider eine Zeitlang sehr viel Spitzenleistung.
  • Drehantriebe und Energiezuführungsvorrichtungen für die Drehantriebe werden gemäß der maximalen Beschleunigungsleistung bemessen. Zu den Energiezuführungsvorrichtungen für die Drehantriebe zählen u. a. das Zuführungsnetz der Spannung, der AC-DC-Umformer der Netzspannung und der dem Drehantrieb zuführende DC-AC-Umformer. Wenn zum Beispiel schnelle Beschleunigungen erzielt werden sollen, ist der zu bemessende Leistungsbedarf des Drehantriebes 1,5–3 mal größer als der Leistungsbedarf bei der Standardgeschwindigkeit des Drehantriebes. Dabei muss das Zuführungsnetz der Span nung, der AC-DC-Umformer der Netzspannung und der dem Drehantrieb zuführende DC-AC-Umformer 1,5–3 mal größer bemessen werden als der Standardbetrieb des Drehantriebes voraussetzt.
  • In der Veröffentlichung US 2003024672 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung einer breiten Papier- oder Kartonbahn dargestellt worden. Gemäß der Veröffentlichung sind die Anforderungen an die Effektivität der Produktion dadurch lösbar, dass die breite Bahn in Teilbahnen mindestens einmal vor der letzten Nachbehandlungsphase aufgeteilt wird, wobei die Teilbahnen mit schmaleren Anlagen behandelt werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß eines ersten Gesichtspunktes der Erfindung wird eine Anordnung zum Betreiben einer Faserbahnmaschine realisiert, welche Faserbahnmaschine ein zu drehendes Behandlungselement zum Behandeln einer Faserbahn aufweist, und welche Anordnung eine Drehvorrichtung zum Beschleunigen, Drehen und Verzögern des Behandlungselements aufweist, und die Drehvorrichtung einen Drehantrieb, welcher in der Kraftübertragungskopplung mit dem Behandlungselement angeordnet ist, und als Steuer- und Einstellvorrichtungen der elektrischen Energie miteinander verbundene Umformer, einen AC-DC-Umformer und einen DC-AC-Umformer, zum Zuführen der aus dem Zuführungsnetz der elektrischen Energie hergeleiteten elektrischen Energie als Rotationsenergie des Drehantriebes aufweist. Die Anordnung umfasst einen Drehantrieb, welcher elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Behandlungselements im Verzögerungsbetrieb des Drehantriebes zu bilden vorgesehen ist; und einen Energiespeicher, welcher die aus der Bewegungsenergie des zu drehenden Behandlungselements gebildete elektrische Energie zu speichern und als Rotationsenergie des Drehantriebes abzugeben vorgesehen ist.
  • Der Energiespeicher kann mindestens einen Kondensator und/oder der Energiespeicher kann mindestens einen elektrochemischen Akkumulator aufweisen.
  • Bevorzugt wird die elektrische Energie in Form von DC gespeichert. Der Spannungsunterschied der elektrischen Energie kann gemäß dem Ladungsniveau des Energiespeichers variieren.
  • Die Anordnung kann einen DC-AC-Umformer als Steuer- und Einstellvorrichtung der elektrischen Energie aufweisen, über welchen elektrische Energie von dem Drehantrieb in den Energiespeicher zu lenken ist und über welchen elektrische Energie aus dem Energiespeicher zum Drehantrieb zu lenken ist.
  • Der sich in Verbindung mit dem Energiespeicher befindliche DC-AC-Umformer kann ein gesonderter DC-AC-Umformer wie der sich in Richtung des Zuführungsnetzes befindliche DC-AC-Umformer sein. Der in Verbindung mit dem Energiespeicher sich befindliche DC-AC-Umformer kann derselbe DC-AC-Umformer wie der in Richtung des Zuführungsnetzes befindliche DC-AC-Umformer sein.
  • Bevorzugt umfasst der Drehantrieb eine Standard-Betriebsleistung und das Zuführungsnetz kann eine Dimensionierung aufweisen, welcher 5–20% über der Standardbetriebsleistung des Drehantriebes entspricht. Bevorzugt entspricht die Standardbetriebsleistung der Drehleistung in der Standardgeschwindigkeit des zu drehenden Behandlungselementes.
  • Bevorzugt weist der Drehantrieb eine maximale Betriebsleistung auf und der Leistungsbedarf des Drehantriebes, der die Dimensionierung des Zuführungsnetzes überschreitet, kann mit der vom Energiespeicher herzuleitenden elektrischen Leistung zu decken vorgesehen sein. Bevorzugt entspricht die maximale Betriebsleistung der Drehleistung bei der maximalen Beschleunigung des zu drehenden Behandlungselementes.
  • Der AC-DC-Umformer kann die Bemessung der Leistung aufweisen, welche 5–20% über der Standardbetriebsleistung des Drehantriebes entspricht.
  • Der Drehantrieb weist bevorzugt eine maximale Betriebsleistung auf und der DC-AC-Umformer kann oder die gesonderten DC-AC-Umformer können eine dieser entsprechende Bemessung aufweisen.
  • Der Drehantrieb weist bevorzugt eine maximale Betriebsleistung auf, welche das 1,5–3fache der Standardbetriebsleistung des Drehantriebes betragen kann.
  • Die Anordnung kann eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Realisierung der Kraftübertragungskopplung zwischen dem Drehantrieb und dem Behandlungselement der Faserbahn aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Faserbahnmaschine realisiert, welche Faserbahnmaschine ein zu drehendes Behandlungselement zur Behandlung der Faserbahn und eine Drehvorrichtung zum Beschleunigen, Drehen und Verzögern des Behandlungselements aufweist, und bei dem Verfahren wird elektrische Energie mittels des Zuführungsnetzes der Drehvorrichtung zugeführt, welche einen Drehantrieb aufweist, welcher in der Kraftübertragungskopplung mit dem Behandlungselement angeordnet ist, und welche Drehvorrichtung als Steuer- und Einstellvorrichtungen der elektrischen Energie miteinander verbundene Umformer, einen AC-DC-Umformer und einen DC-AC-Umformer, zum Zuführender aus dem Zuführungsnetz hergeleiteten elektrischen Energie als Rotationsenergie des Drehantriebes umfasst. Bei dem Verfahren wird der Energiespeicher bei der Energieübertragungsverbindung mit dem Drehantrieb angeordnet, elektrische Energie mit Hilfe des Drehantriebes aus der Bewegungsenergie des zu drehbaren Behandlungselements im verzögerten Betrieb des Drehantriebes erzeugt, elektrische Energie im Energiespeicher gespeichert und elektrische Energie aus dem Energiespeicher als Rotationsenergie des Drehantriebes abgegeben.
  • In dem Verfahren kann mit dem DC-AC-Umformer die aus dem Energiespeicher hergeleitete elektrische Energie zur Rotationsenergie des Drehantriebes in Beschleunigungssituation des Drehantriebes umgewandelt werden.
  • In dem Verfahren können die AC-DC-Umformer und DC-AC-Umformer so reguliert werden, dass sie sich an das sich verändernde Spannungsniveau des Energiespeichers anpassen.
  • Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, für die Energiezuführung der Drehmotoren das Zuführungsnetz sowie die AC-DC-Umformungsvorrichtungen des Zuführungsstromes einzusetzen, deren vorauszusetzende Leistungsaufnahme geringer ist als die maximale Leistung der Drehmotoren voraussetzen würde, wenn als Energiequelle nur das bloße Zuführungsnetz benutzt wird. Dabei kann die das Zuführungsnetz umfassende Stromzuführungsvorrichtung aus kleineren Komponenten zusammengesetzt werden, als was die Zuführung der maximalen Leistung der Drehmotoren voraussetzen würde, wenn das bloße Zuführungsnetz als Energiequelle eingesetzt wird. So können die Kapital- und Betriebskosten der einzelnen Komponenten und des ganzen Zuführungsnetzes gesenkt werden.
  • Wenn ein Energiespeicher, der bevorzugt lokal ist, für den Drehantrieb eingesetzt wird, verbessert sich die Fahrdynamik des einzelnen Drehantriebes. Der zeitweise vorkommende maximale Leistungsbedarf der Drehantriebe in Richtung Zuführungsnetz kann geringer als vorher vorgesehen werden, was einen störungsfreieren Betrieb als vorher ermöglicht.
  • Zusätzlich oder alternativ können das vorhandene Zuführungsnetz und seine Komponente zur Energiezuführung der größeren Drehantriebe als vorher benutzt werden und/oder die dynamischen Betriebseigenschaften der Drehantriebe können in Betriebssituationen hinzugefügt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Drehantriebe schneller als der frühere Beschleunigungsantrieb beschleunigt werden. Wenn größere Drehantriebe als vorher eingesetzt werden sollen, kann die Leistungskapazität des Zuführungsnetzes weiter ausreichend vorgesehen werden und es entstehen nicht unbedingt mehr Beschädigungen im Zuführungsnetz trotz des höheren Bedarfes an maximaler Leistung des Drehantriebes.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden oder sind nur in Verbindung mit einem Gesichtspunkt oder einigen Gesichtspunkten der Erfindung beschrieben. Ein Fachmann versteht, dass jede beliebige Ausführungsform eines Gesichtspunktes der Erfindung unter dem gleichen Gesichtspunkt und unter anderen Gesichtspunkten der Erfindung allein oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen angewandt werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung nun beispielhaft anhand der beigelegten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Energiezuführung des Drehantriebes einer Faserbahnmaschine beim Einsetzen als Energiequelle des Drehantriebes das Zuführungsnetz des Stromes.
  • Die 2 und 3 zeigen schematische Darstellungen von Energiezuführungen des Drehantriebes einer Faserbahn gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, wenn als Energiequelle des Drehantriebes ein Energiespeicher vorgesehen ist, der auf der in den Kondensatoren gespeicherten elektrischen Energie basiert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden mit den gleichen Bezugszeichen ähnliche Teile bezeichnet. Es ist zu bemerken, dass die darzustellenden Figuren nicht ganz dem Maßstab entsprechen, und dass sie zunächst nur zu Veranschaulichungszwecken der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dienen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der bekannten Energiezuführung eines Drehantriebes 1 einer Walze 3 in einer Papiermaschine beim Einsetzen eines Zuführungsnetzes 2 des Stromes als Energiequelle des Drehantriebes 1.
  • In 1 sind die dem Zuführungsnetz 2 zugeordneten Anlagenkomponenten gemäß dem Bedarf an maximaler Leistung des Drehantriebes 1 bemessen. Unter dem Zuführungsnetz 2 wird die Zuführungsverkabelung, Kopplungen, Schalter, Sicherungseinrichtungen o. ä. Anlagenkomponente des Stromes zum Zuführen des Netzstromes für den Drehantrieb 1 verstanden. Mit dem Drehantrieb 1 kann der drehbare Maschinenteil 3 der Faserbahnmaschine gedreht werden, welcher zum Beispiel eine die Faserbahn behandelte Walze oder ein die Faserbahn behandelndes endloses Band oder eine Tambourwalze oder ein Rollkern oder eine Druckwalze sein kann. Der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 kann beim Beschleunigen der Walze 3 der Papiermaschine dreifach im Vergleich zu der Standardleistung Pconst sein, welche im Standardbetrieb der Walze 3 vorausgesetzt wird. Ein von seiner Brems- und Beschleunigungsmasse her großer drehbarer Maschinenteil der Faserbahnmaschine ist die Thermowalze.
  • Zur Übertragung der Rotationsenergie von der Kraftübertragungsachse des Drehantriebes 1 in das drehbare Maschinenelement werden Kraftübertragungsvorrichtungen 6 eingesetzt. Der Drehantrieb 1 ist mit der Walze 2 mittels der Kraftübertragungsvorrichtungen 6 gekoppelt. Die Kraftübertragungsvorrichtungen 6 umfassen zum Beispiel eine Wellenkupplung und/oder ein Getriebe und/oder eine gesonderte Kraftübertragungsachse.
  • In 1 führt das Zuführungsnetz 2 die für den Drehantrieb 1 erforderliche Betriebsenergie als Netzspannung einem AC-DC-Umformer 4 zu und von ihm weiter einem DC-AC-Umformer 5, von dem aus die Betriebsenergie von ihrer Frequenz her passend umgewandelt zum Betreiben des Drehantriebes 1 geführt wird. Der AC-DC-Umformer 4 und der DC-AC-Umformer 5 können einen Frequenzumformer bilden. Damit schnelle Beschleunigungen ermöglicht werden können, ist im Beispiel der 1 der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 bemessen, dreimal der Standardleistungsbedarf Pconst bei der Standardgeschwindigkeit des Drehantriebes 1 zu sein. Gemäß der 1 ist die Leistungsübertragungsfähigkeit des Zuführungsnetzes 2 so groß bemessen wie der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 ist. Entsprechend sind der AC-DC-Umformer 4 und der dem Drehantrieb 1 mit einer eingestellten Spannung zu führende DC-AC-Umformer 5 dreimal größer bemessen als was der Standardbetrieb des Drehantriebes 1 voraus setzt, also so groß wie der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 ist.
  • 2 und 3 zeigen schematische Darstellungen von Anordnungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zum Betreiben einer Faserbahnmaschine. Die Faserbahnmaschine umfasst mindestens ein drehbares Behandlungselement zum Behandeln der Faserbahn sowie eine Drehvorrichtung zum Drehendes Behandlungselements der Faserbahn. Die Drehvorrichtung umfasst mindestens einen Drehantrieb. Die Energiezuführung der Anordnung ist teils mit Hilfe eines Zuführungsnetzes realisiert worden, das als Energiequelle für den Drehantrieb funktioniert. Beim Verfahren zum Betreiben einer Faserbahnmaschine, besonders zum Beschleunigen und Verzögern eines Drehantriebes, kann eine mit Hilfe der 2 und 3 beschriebene Anordnung eingesetzt werden. Mit Hilfe der Anordnung und des Verfahrens können mehrere Vorteile erzielt werden, u. a. kann der Herstellungsprozess der Faserbahn dynamisch gesteuert werden, ohne dass Störungen im zuführenden Stromnetz 2, 12 in den Spitzensituationen der Belastung hervorgerufen werden.
  • In 2 umfasst die Drehvorrichtung einen Drehantrieb 1 und eine Kraftübertragungskopplung 6 zum Übertragen der Drehleistung in den drehbaren Maschinenteil der Faserbahn, welcher im Falle der 2 die Maschinenrolle 3' ist. Mit Hilfe der Drehvorrichtung wird die Maschinenrolle 3' beschleunigt, gedreht und verzögert. Die Drehvorrichtung umfasst zusätzlich als Steuer- und Einstellvorrichtungen der elektrischen Leistung einen AC-DC-Umformer 14 und einen DC-ACUmformer 5 zum Führender aus dem Zuführungsnetz 12 hergeleiteten elektrischen Energie zur Nutzung des Drehantriebes 1. In einigen Fällen kann der Drehantrieb 1 direkt mit dem drehbaren Maschinenteil 3, 3' der Faserbahnmaschine ohne gesonderte Kraftübertragungsvorrichtungen 6 verbunden sein.
  • Die Drehvorrichtung umfasst bevorzugt einen mit Hilfe von Kondensatoren C realisierten Energiespeicher 7, welcher in der Energiezuführungsanordnung zusätzlich zum Zuführungsnetz 12 des Stromes angeordnet ist. Mit Hilfe der Kondensatoren C kann ein langlebiger Energiespeicher 7 erzielt werden, denn Energie wird in den Kondensatoren C in den Ladungen zwischen den Leiterstücken gebunden und das Aufbewahren der Ladung beruht nicht auf elektrochemischen Reaktionen. Die Kondensatoren C können immer wieder und in kurzen Zyklen abgebaut und aufgeladen werden, so dass deren Eigenschaften bei der Fahrweise des Drehantriebes 1 genutzt werden können, bei welcher der Drehantrieb 1 wiederholt verzögert und beschleunigt wird.
  • Gemäß einiger Ausführungsformen kann der Energiespeicher 7 mindestens einen elektrochemischen Akkumulator umfassen. Mit Hilfe des elektrochemischen Akkumulators kann eine hohe zu speichernde Energiedichte sowie im Vergleich zu der Kondensatortechnik eine längere Speicherzeit für die Energie erzielt werden. Gemäß einiger Ausführungsformen kann der Energiespeicher eine Kombination eines elektrochemischen Akkumulators und eines Kondensators umfassen.
  • Die Bewegungsenergie der zu drehenden Masse kann mit Hilfe des Drehantriebes 1 über den DC-AC-Umformer 5 zum Speichern in den Energiespeicher 7 als elektrische Energie gesteuert werden. Die elektrische Energie kann mit Hilfe des Drehantriebes 1 beim Verzögern der zu drehenden Masse 3' mit Hilfe des Drehantriebes 1 generiert werden (die Richtung D des in zwei Richtungen zeigenden Pfeiles). DC-AC-Umformer 5 wird als Steuer und Einstelleinrichtung der elektrischen Energie auch beim Zuführen der elektrischen Energie aus dem Energiespeicher 7 dem Drehantrieb 1 zum Beispiel bei der Beschleunigungssituation der Maschinenrolle 3' eingesetzt (die Richtung A des in zwei Richtungen zeigenden Pfeiles). Der Energiespeicher 7 ist bevorzugt lokal in der Nähe des DC-AC-Umformers 5 realisiert, wobei eine kurze Energieübertragungsverkabelung zwischen dem Energiespeicher 7 und dem DC-AC-Umformer 5 ausreichend ist.
  • Die Anordnung in 2 ist im Vergleich zu der Energiezuführungsanordnung der 1 in einer abweichenden Weise so realisiert worden, dass das Zuführungs netz 12 des Stromes nicht in der Lage sein muss, alles von der von dem Drehantrieb 1 benötigten maximalen Drehleistung Pmax zu bieten, zum Beispiel in der Beschleunigungssituation des drehbaren Maschinenelements der Faserbahnmaschine wie zum Beispiel der Maschinenrolle 3'.
  • Mit Hilfe des Beispiels in 2 wird veranschaulicht, dass von der Kapazität des Zuführungsnetzes 12 von dem maximalen Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 nur ein Teil genutzt wird, wobei bei Bedarf die Kapazität des elektrischen Netzes anderweitig genutzt werden kann oder die störungsfreie und stabile Funktion des elektrischen Netzes 12 verbessert wird.
  • Mehrere Kondensatoren C können zusammen geschaltet sein, um als Energiespeicher 7 zu funktionieren. Im Energiespeicher 7 kann von dem Drehantrieb 1 generierte Bremsenergie, also zu drehende Masse 3', beim Verzögern der aufzunehmenden Bewegungsenergie gespeichert werden. In den Energiespeicher 7, bevorzugt in mindestens einen Kondensator C, wird über den DC-AC-Umformer 5 (in der Richtung AC-DC, die Richtung D des in zwei Richtungen zeigendes Pfeiles) zum Speichern mit Hilfe des Drehmotors 1 und des DC-AC-Umformers 5 aufgenommene Bewegungsenergie beim Bremsen des drehbaren Maschinenelements 3' der Faserbahnmaschine gelenkt.
  • Die im Energiespeicher 7 gespeicherte elektrische Energie kann bei Bedarf über den DC-AC-Umformer 5 (in der Richtung DC-AC, die Richtung A des in zwei Richtungen zeigenden Pfeiles) zur Verwendung des Drehmotors 1 gelenkt und zugeführt werden, besonders beim Beschleunigen des drehbaren Maschinenelements 3' der Faserbahnmaschine. Die von dem Energiespeicher 7 dem DC-AC-Umformer 5 zuführende elektrische Energie mit Leistung PS kann zum Decken der Differenz zwischen der für den Drehantrieb 1 erforderlichen Leistung und der über das Zuführungsnetzt 12 zugeführten Leistung P12 eingesetzt und in gewünschter Weise die von ihrer Frequenz her geänderte elektrische Leistung (≤ P12 + PS dem Drehmotor 1) zur Verfügung gestellt werden.
  • In der Anordnung in der 2 zum Betreiben einer Faserbahnmaschine ist das Zuführungsnetz 12 in der Lage, zusätzlich zu der Betriebsleistung Pconst, welche der Drehantrieb 1 bei der Standardgeschwindigkeit benötigt, Leistungskapazität PL bevorzugt zur Ladung des Energiespeichers zu bieten. In dem bevorzugten Bemessungsbeispiel in 2 ist die Leistungsübertragungsfähigkeit P12 des Zuführungsnetzes 2 bemessen, von der Größe her 5%–20% übenden Standardleistungsbedarf Pconst des Drehantriebes 1 zu betragen, (zum Beispiel Pconst + PL = P12). Bei Bedarf kann beim Einsetzen des Drehantriebes 1 bei der Standardleistung gleichzeitig der Energiespeicher 7 geladen werden, bevorzugt die Kondensatoren C.
  • Im Beispiel in 2 ist das Zuführungsnetz 12 in der Lage, die Betriebsleistung Pconst, welche der Drehantrieb 1 bei der Standardgeschwindigkeit benötigt, als Netzspannung dem AC-DC-Umformer 14 zuzuführen, der von seiner Kapazität her gemäß der Leistungsübertragungsfähigkeit P12 des Zuführungsnetzes 12 bemessen ist. Von dem AC-DC-Umformer 14 wird die Betriebsleistung weiter zu dem DC-AC-Umformer 5 übertragen, von dem aus die von dem Drehantrieb 1 benötigte Betriebsleistung von seiner Frequenz her passend geändert zum Betreiben des Drehantriebes 1 zugeführt wird. Im Beispiel in 2 ist der DC-AC-Umformer 5 von seiner Kapazität her gemäß dem maximalen Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 bemessen worden.
  • In einigen Fällen kann die von dem Zuführungsnetz über den AC-DC-Umformer einlaufende elektrische Leistung über den ersten DC-AC-Umformer dem Drehmotor zugeführt werden und für die zwischen dem Energiespeicher und dem Drehmotor in zwei Richtungen laufende Energieübertragung kann ein anderer DC-AC-Umformer eingesetzt werden (nicht in den Figuren dargestellt).
  • In 2 wird als drehbares, zu verzögerndes und zu beschleunigendes Maschinenelement der Faserbahnmaschine die Maschinenrolle 3' dargestellt, zum Beispiel in der Aufrollstation des Rollers oder in der Abrollstation des Rollenschneiders.
  • Als drehbares Maschinenelement der Faserbahnmaschine kann auch im Rollenschneider der Rollkern vorgesehen sein, auf welchem die zu rollende Kundenrolle aus der längsgeschnittenen Bahn gebildet wird. Als drehbares Maschinenelement der Faserbahnmaschine, dessen Rotationsenergie mittels des Drehantriebes 1 in der Bremsungsphase in den Energiespeicher 7 aufgenommen wird und als Rotationsenergie aus dem Energiespeicher 7 mittels des Drehantriebes 1 in der Beschleunigungsphase zurückgestellt wird, kann auch die Druckwalze des Rollenschneiders vorgesehen sein. Der mit Hilfe der Kondensatoren C realisierte Energiespeicher 7 kann so in der Faserbahnmaschine als Beschleunigungshilfe für den Drehantrieb 1 eingesetzt werden.
  • Damit schnelle Beschleunigungen ermöglicht werden können, kann der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 gedeckt werden, wenn dem DC-AC-Umformer 5 die Zuführungsleistung P12 des Zuführungsnetzes 12 zugeführt wird, kombiniert mit der aus dem Energiespeicher 7, bevorzugt aus den Kondensatoren C, frei zu gebenden elektrischen Leistung PS.
  • Der maximale Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 1 entspricht im Falle der 2 Von der Größe her der Situation in 1, Pmax ist also dreimal größer als der Standardleistungsbedarf Pconst bei der Standardgeschwindigkeit des Drehantriebes 1 bemessen worden. In dem Beispiel in 2 sind das Zuführungsnetz 12 und der AC-DC-Umformer 14 bevorzugt 1,05–1,2 mal so groß bemessen, wie der Standardbetrieb des Drehantriebes ist.
  • In 2 wird für die Energiezuführung des Drehantriebes 1 das Zuführungsnetz 12 eingesetzt, dessen vorauszusetzende Leistungsaufnahme geringer ist, als die maximale Leistung Pmax des Drehmotors 1 voraussetzen würde, wenn als Leistungsquelle das bloße Zuführungsnetz 12 eingesetzt wird. Die das Zuführungsnetz 12 umfassende Anlage ist aus kleineren Komponenten gebildet worden als was das Zuführen der maximalen Leistung Pmax voraussetzt, wenn das bloße Zuführungsnetz als Leistungsquelle eingesetzt wird. So können die Kapital- und Betriebskosten der einzelnen Komponenten des Zuführungsnetzes 12 und des ganzen Zuführungsnetzes 12 gesenkt werden.
  • In 3 wird eine Situation dargestellt, wobei zum Beispiel ein vorhandenes Zuführungsnetz 2 mit seinen Komponenten zur Energiezuführung eines mit dem Zuführungsnetz 2 gekoppelten Drehantriebes 11 eingesetzt wird, der größer als der vorige Drehantrieb 1 ist. Der größere Drehantrieb 11 kann eingesetzt werden, da zum Beispiel die zu drehende Masse 3, 3' zugenommen hat und/oder die zu drehende Masse schneller beschleunigt werden soll. In Bezug auf die Beschreibung der 3 wird auch auf die Beschreibung der 2 hingewiesen.
  • Für den Drehantrieb 11 ist eine dem maximalen Leistungsbedarf Pmax des Drehantriebes 11 entsprechende DC-AC-Umformung mit einem größerem DC-AC-Umformer 15 vorgesehen, als in der Situation in 1 dargestellt worden ist. Die Kapazität des Zuführungsnetzes 2 ist in der Lage, Leistungskapazität für das Standarddrehen (Pconst) des Drehantriebes 11 zu bieten, aber die Leistungskapazität reicht im Beispiel der 3 in der Beschleunigungssituation der Walze 3 nicht aus. Zusätzliche Kapazität zur Deckung des maximalen Leistungsbedarfes Pmax des Drehantriebes kann zum Beispiel in einer Beschleunigungssituation aus dem Energiespeicher 7 hergeleitet werden, in dem beim Verzögern der zu drehenden Walze 3 die zu generierende elektrische Energie gespeichert wird. Die dynamische Fahrbarkeit des Drehantriebes 11 und des Faserbahnprozesses kann verbessert werden. Die in der Richtung des Zuführungsnetzes 2 auftauchenden Störungen können vermindert werden und ein noch mehr stabileres Zuführungsnetz 2 kann geschaffen werden. Wegen dem größeren Drehantrieb 11 müssen nicht teure Investitionen zur Steigerung der Kapazität des Zuführungsnetzes 2 gemacht werden. Beim Verzögern kann Energie aufgenommen werden und die Energie kann wieder verwertet werden.
  • Beim Einsatz des Energiespeichers für den Drehantrieb wird die Fahrdynamik des Drehantriebes und dadurch auch die Fahrdynamik des Herstellungsprozesses der Faserbahn besser. Der Energiespeicher kann als eine Zu führungsquelle für dynamische Veränderungen des Drehantriebes eingesetzt werden. Der zeitweise vorkommende maximale Leistungsbedarf der Drehantriebe in Richtung Zuführungsnetz kann geringer als vorher vorgesehen werden, was einen störungsfreieren Betrieb des Zuführungsnetzes als vorher ermöglicht.
  • Die vorliegende Beschreibung bietet nicht-begrenzende Beispiele für einige Ausführungsformen der Erfindung. Für einen Fachmann ist es klar, dass sich die Erfindung jedoch nicht auf die dargestellten Details beschränkt, sondern dass die Erfindung auch andere äquivalenten Arten realisiert werden kann auf.
  • Einige Merkmale der dargestellten Ausführungsformen können ohne Einsatz der anderen Merkmale genutzt werden. Die vorliegende Beschreibung soll als solche nur als eine die Prinzipien der Erfindung darstellende Beschreibung und nicht als die Erfindung begrenzende Beschreibung betrachtet werden. So wird der Schutzumfang der Erfindung nur durch die beigelegten Patentansprüche begrenzt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 2003024672 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Anordnung zum Betreiben einer Faserbahnmaschine, welche Faserbahnmaschine ein zu drehendes Behandlungselement (3, 3') zur Behandlung der Faserbahn (W) umfasst, und welche Anordnung eine Drehvorrichtung zum Beschleunigen, Drehen und Verzögern des Behandlungselements (3, 3') aufweist, und die Drehvorrichtung einen Drehantrieb (1), welcher in der Kraftübertragungskopplung mit dem Behandlungselement (3, 3') angeordnet ist, sowie als Steuer- und Einstellvorrichtungen miteinander verbundene Umformer, einen AC-DC-Umformer (4, 14) und einen DC-AC-Umformer (5, 15) zum Zuführen der aus dem Zuführungsnetz (2) der elektrischen Energie hergeleiteten elektrischen Energie als Rotationsenergie des Drehantriebes (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Drehantrieb (1), welcher elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Behandlungselements (3, 3') in dem verzögerten Betrieb (D) des Drehantriebes (1) zu bilden vorgesehen ist; und einen Energiespeicher (7C) aufweist, welcher zum Speichern der aus der Bewegungsenergie des zu drehenden Behandlungselements (3, 3') gebildeten elektrischen Energie sowie zum Übertragen als Rotationsenergie (A) des Drehantriebes (1, 11) vorgesehen ist.
  2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) mindestens einen Kondensator (C) aufweist.
  3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) mindestens einen elektrochemischen Akkumulator aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung als Steuer- und Einstellvorrichtung der elektrischen Energie (A) einen DC-AC-Umformer (5) aufweist, über welchen die elektrische Energie von dem Drehantrieb (1, 11) in den Energiespeicher (7) gelenkt werden kann und über welchen die elektrische Energie aus dem Energiespeicher (7) zum Drehantrieb (1, 11) gelenkt werden kann.
  5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in Verbindung mit dem Energiespeicher (7) stehende DC-AC-Umformer (5) ein gesonderter DC-AC-Umformer wie der mit der Richtung des Zuführungsnetzes (2, 12) in Verbindung stehende DC-AC-Umformer ist.
  6. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der in Verbindung mit dem Energiespeicher (7) stehende DC-AC-Umformer (5) derselbe DC-AC-Umformer wie der mit der Richtung des Zuführungsnetzes (2, 12) in Verbindung stehende DC-AC-Umformer (5) ist.
  7. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (1, 11) eine Standardbetriebsleistung (Pconst), und das Zuführungsnetz (2, 12) eine Bemessung (Pconst + PL) aufweist, welche 5–20% über die Standardbetriebsleistung (Pconst) des Drehantriebes entspricht.
  8. Anordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (1, 11) auf die maximale Betriebsleistung (Pmax) bemessen ist und der Leistungsbedarf des Drehantriebes (1, 11), der die Bemessung (Pconst + PL) des Zuführungsnetzes (2, 12) überschreitet, mit der aus dem Energiespeicher (7) übertragenen elektrischen Leistung (PS) zu decken vorzusehen ist.
  9. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der AC-DC-Umformer (14) die Bemessung der Leistung (Pconst + PL) aufweist, welche 5–20% über die Standardbetriebsleistung (Pconst) des Drehantriebes entspricht.
  10. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (1, 11) auf die maximale Betriebsleistung (Pmax) bemessen ist, welcher eine entsprechende Bemessung der DC-AC-Umformer (5) aufweist oder die gesonderten DC-AC-Umformer aufweisen.
  11. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (1, 11) auf die maximale Betriebsleistung (Pmax) bemessen ist, welche 1,5–3 mal der Standardbetriebsleistung (Pconst) des Drehantriebes (1, 11) ist.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Faserbahnmaschine, welche Faserbahnmaschine ein zu drehendes Behandlungselement (3, 3') zum Behandeln einer Faserbahn (W), und eine Drehvorrichtung zum Beschleunigen, zum Drehen und zum Verzögerndes Behandlungselements (3, 3') aufweist, wobei in dem Verfahren elektrische Energie mittels eines Zuführungsnetzes (2) der Drehvorrichtung zugeführt wird, welche einen Drehantrieb (1) aufweist, welcher in der Kraftübertragungskopplung mit dem Behandlungselement (3, 3') angeordnet ist, und welche Drehvorrichtung als Steuer- und Einstellvorrichtungen der elektrischen Energie miteinander verbundene Umformer, einen AC-DC-Umformer (4, 14) und einen DC-AC-Umformer (5, 15) zum Zuführen der aus dem Zuführungsnetz hergeleiteten elektrischen Energie als Rotationsenergie des Drehantriebes (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahren ein Energiespeicher (7, C) in Verbindung mit der Energieübertragung mit dem Drehantrieb (1, 11) angeordnet wird, mit Hilfe des Drehantriebes (1, 11) elektrische Energie von der Bewegungsenergie des zu drehenden Behandlungselemen tes (3, 3') in dem verzögerten Betrieb (D) des Drehantriebes generiert wird elektrische Energie im Energiespeicher (7, C) gespeichert wird, und elektrische Energie aus dem Energiespeicher (7, C) als Rotationsenergie (A) des Drehantriebes (1, 11) abgegeben wird.
  13. Verfahren nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des DC-AC-Umformers (5, 15) die aus dem Energiespeicher (7, C) übertragene elektrische Energie zur Rotationsenergie (A) des Drehantriebes (1, 11) umgewandelt wird.
  14. Verfahren nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der AC-DC-Umformer (4, 14) und der DC-AC-Umformer (5, 15) so eingestellt werden, dass sie sich dem sich ändernden Spannungsniveau des Energiespeichers (7, C) anpassen.
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