DE102010029492A1

DE102010029492A1 - Roller and method for avoiding their vibrations

Info

Publication number: DE102010029492A1
Application number: DE201010029492
Authority: DE
Inventors: Dr. Niemann Jochen; Lars Krüger; Rolf van Haag
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011151092A1; EP2577078A1; CN102959257A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze zur Behandlung einer Faserstoffbahn mit einem umlaufenden, auf einer drehfesten Achse (5) gelagerten hohlen Walzenmantel (4), wobei der Ringraum (7) zwischen Mantel (4) und Achse (5) durch wenigstens zwei axiale Dichtungen (6) in wenigstens zwei Kammern (8, 9) geteilt ist, die zur Erzielung einer gewünschten Walzendurchbiegung mit Druckfluiden unterschiedlichen Drucks befüllbar sind. Um die Schwingungen am Mantel der Walze im Betrieb zu reduzieren ist mindestens eine aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung (2) vorhanden.The invention relates to a roller for treating a fibrous web with a revolving hollow roller jacket (4) mounted on a non-rotatable shaft (5), the annular space (7) between jacket (4) and shaft (5) being provided with at least two axial seals (6 ) is divided into at least two chambers (8, 9), which can be filled with pressurized fluids of different pressures in order to achieve a desired roll deflection. At least one actively controllable chamber volume changing device (2) is provided in order to reduce the vibrations on the shell of the roll during operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze zur Behandlung einer Faserstoffbahn mit einem umlaufenden, auf einer drehfesten Achse gelagerten hohlen Walzenmantel, wobei der Ringraum zwischen Mantel und Achse durch wenigstens zwei axiale Dichtungen in wenigstens zwei Kammern geteilt ist, die zur Erzielung einer gewünschten Walzendurchbiegung mit Druckfluiden unterschiedlichen Drucks befüllbar sind.The invention relates to a roller for treating a fibrous web having a circumferential, hollow roll shell mounted on a rotationally fixed axis, wherein the annular space between shell and axis is divided by at least two axial seals in at least two chambers, to achieve a desired rolling deflection with pressure fluids of different pressure are fillable.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Vermeidung von Schwingungen in einem aus dieser Walze und einer Gegenwalze aufgebauten System.The invention further relates to a method for preventing vibrations in a system constructed from this roller and a counter-roller.

Die Rede ist demnach von einer in Fachkreisen als „Schwimmende Walze” oder „S-Walze” bezeichneten Walze. Diese Walzen werden heutzutage oft in (auf die Bahnbreite, der so genannten CD-Richtung, bezogen) schmaleren Kalandern eingesetzt. Der unterschiedliche Druck in den beiden Kammern reicht aus, um eine Durchbiegung zu erreichen, die sich im Wesentlichen der Krümmung der Gegenwalze anpasst.The speech is therefore of a in professional circles as "floating roller" or "S-roll" designated roller. Nowadays, these rolls are often used in narrower calenders (based on the web width, the so-called CD direction). The differential pressure in the two chambers is sufficient to achieve a deflection that substantially conforms to the curvature of the backing roll.

Die beiden Längsdichtungen in einer S-Walze sind bekannt. Sie erlauben den unterschiedlichen Druckaufbau in einer dem Nip zugewandten und einer dem Nip abgewandten halbmondförmigen Kammer. Vielfach gestatten sie sogar eine Hubbewegung des Mantels, ohne dass die Dichtigkeit verloren geht. Um Ungleichförmigkeiten im Temperaturverlauf auf dem Walzenmantel zu vermeiden, wird das Öl, das der höher druckbelasteten Kammer von einer Walzenzapfenseite aus zugeführt wird, über die zweite Kammer mit niedrigerem Druck wieder zugeleitet.The two longitudinal seals in an S-roll are known. They allow the different pressure build-up in a crescent-shaped chamber facing away from the nip and facing away from the nip. In many cases, they even allow a lifting movement of the jacket, without the tightness is lost. In order to avoid non-uniformities in the temperature profile on the roll shell, the oil which is supplied to the higher-pressure chamber from a roll neck side, fed back via the second chamber at lower pressure.

Bei breiteren Kalandern reicht diese Art von Walzen in der Regel nicht mehr aus, um ein gewünschtes Querprofil der Faserstoffbahn zu erzielen, so dass sogenannte „Nipco-Walzen” von der Anmelderin eingesetzt werden müssen, die wesentlich aufwändiger sind und eine kompliziertere Ansteuerung verlangen. Bei diesen Walzen sind einzelne hydrostatische Stützelemente über die axiale Länge der Achse verteilt und wirken einzeln oder in Gruppen gegen den Mantel, um ihn entsprechend zu verformen.With wider calenders, this type of roller is usually no longer sufficient to achieve a desired transverse profile of the fibrous web, so that so-called "Nipco rolls" must be used by the applicant, which are much more complex and require a more complicated control. In these rollers, individual hydrostatic support elements are distributed over the axial length of the axle and act individually or in groups against the shell to deform it accordingly.

Bei der in der Erfindung verbesserten Walze handelt es sich um eine S-Walze, deren axiale Länge in der Größenordnung von 5 bis 8 m liegt. Dadurch, dass die heutigen Kalander immer schneller laufen müssen, kommt es auch bei Maschinen mit diesen Walzen häufiger zu dort bisher unbekannten Barringerscheinungen, die aus Eigenschwingungen des ganzen Systems heraus resultieren.The roll improved in the invention is an S-roll whose axial length is on the order of 5 to 8 meters. Due to the fact that today's calenders have to run faster and faster, machines with these rollers are more likely to encounter barring phenomena that are previously unknown and that result from natural oscillations of the entire system.

Es gibt zahlreiche aus zwei Walzen bestehende Maschinen zur Papierbehandlung bei denen verschiedene Versuche zur Vermeidung von Schwingungen erprobt und auch zu Schutzrechten angemeldet wurden. Da sind zunächst die Systeme, die versuchen, den Walzenmantel über seine Lagerung zu dämpfen. Hier seien beispielsweise die DE 296 24 490 U1 und die DE 198 21 854 C1 genannt. Leider ist es so, dass Dämpfungen der Schwingungen des Systems bei den relevanten Frequenzen zwischen 100 und 400 Hz über ein typisches Wälzlager (in der Regel Pendelrollenlager) kaum möglich sind. Auch aktive Systeme, die Kräfte in die Achse einleiten oder ein Biegemoment in die Achse einbringen, haben wenig Aussicht auf Erfolg, da die Kräfte oder Biegemomente nicht über die Pendelrollenlager übertragen werden können. Umgekehrt kann meist auch keine störende Schwingung des Walzenmantels an die Achse übertragen werden und dort dann dissipativ vernichtet werden. Daher schwingt der Walzenmantel beim Auftreten eines Barring-Problems an der Walze nahezu ungestört.There are numerous paper-handling machines consisting of two rolls in which various attempts have been made to avoid vibrations and have also been registered for industrial property rights. First, there are the systems that try to dampen the roll shell over its storage. Here are, for example, the DE 296 24 490 U1 and the DE 198 21 854 C1 called. Unfortunately, it is hardly possible to dampen vibrations of the system at the relevant frequencies between 100 and 400 Hz via a typical rolling bearing (usually spherical roller bearings). Even active systems that introduce forces into the axle or bring a bending moment into the axle have little chance of success because the forces or bending moments can not be transmitted via the spherical roller bearings. Conversely, usually no disturbing vibration of the roll shell can be transferred to the axis and then destroyed there dissipatively. Therefore, the roll shell vibrates almost undisturbed when a barring problem occurs on the roll.

Die beschriebenen Maßnahmen sind bei S-Walzen auch deshalb nicht geeignet, um aktiv oder passiv Schwingungen des Walzenmantels im Bereich von 100 bis 400 Hz zu bekämpfen, da das große Ölvolumen im Inneren der schwimmenden Walze eine steife Ankoppelung von Achse und drehendem Mantel verhindert. Die in das System zusätzlich eingetragene Luft verhindert weiterhin, dass eine genügend hohe Ölsteifigkeit im Bereich von > 900 N/mm² entsteht.The measures described are therefore not suitable for S-rolls, to actively or passively control vibrations of the roll shell in the range of 100 to 400 Hz, since the large volume of oil inside the floating roll prevents stiff coupling of the axis and the rotating shell. In addition, the air additionally introduced into the system prevents sufficiently high oil rigidity in the range of> 900 N / mm ² .

Aus diesem Grund setzt man bei zu erwartenden Schwingungsproblemen auch bei schmaleren Kalandern Walzen mit einzelnen hydrostatischen Stützelementen über die axiale Länge ein.For this reason, even with narrower calenders, rolls with individual hydrostatic support elements over the axial length are used for anticipated vibration problems.

Aus der DE 295 09 545 U1 ist eine Walze mit Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Herstellung oder Behandlung von Faserstoffbahnen, z. B. Papier- oder Kartonbahnen, bekannt. Es handelt sich auch um eine Walze mit einer stationären Zentralachse und mit einem um diese Zentralachse rotierenden Walzenmantel. In der Zentralachse ist eine Reihe von z. B. zylindrischen Druckräumen vorgesehen, die sich in radialer Richtung erstrecken und je ein radial verschiebbares Stützelement aufnehmen. Jeder Druckraum kann mit einer Druckflüssigkeit gefüllt werden/die eine hydraulische Stützkraft von der Zentralachse über das Stützelement auf den Walzenmantel überträgt, um so gezielt eine Durchbiegung des Walzenmantels einstellen zu können. Anstelle mehrerer Druckräume mit je einem Stützelement kann ein einziger langgestreckter Druckraum mit einem einzigen langgestreckten Stutzelement vorhanden sein. Zum Zuführen der Druckflüssigkeit in die Druckräume ist in der stationären Zentralachse ein beispielsweise zentral angeordneter Zuführkanal vorgesehen, der über je eine verengte Leitung (z. B. über einen Drosselkanal, mit jedem der Druckräume verbunden ist. Die Dämpfung wirkt hier demnach passiv. Der Aufwand, eine solche Walze zu fertigen und später anzusteuern, ist groß.From the DE 295 09 545 U1 is a roller with vibration, in particular for the production or treatment of fibrous webs, z. B. paper or board webs known. It is also a roller with a stationary central axis and with a roller shell rotating about this central axis. In the central axis is a series of z. B. cylindrical pressure chambers, which extend in the radial direction and each receive a radially displaceable support member. Each pressure chamber can be filled with a pressure fluid / transfers a hydraulic support force from the central axis via the support member on the roll shell, so as to be able to adjust a deflection of the roll shell targeted. Instead of several pressure chambers, each with a support element, a single elongated pressure chamber with a single elongated support element may be present. In order to supply the hydraulic fluid to the pressure chambers, a central supply channel, for example, is provided in the stationary central axis, which in each case has a restricted conduit (eg via a throttle channel, with each of the pressure chambers connected is. The damping acts here accordingly passive. The effort to manufacture such a roller and to drive later, is large.

Eine andere Walzenausführung mit innen liegenden aktiven Aktuatoren zur Dämpfung von Schwingungen findet sich in der DE 100 08 800 B4 . Walzen der dort beschriebenen Art sind in Kalandern einsetzbar. Allerdings ist die Verwendung teuer und es bedarf eines erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwandes. Eine Möglichkeit zur gezielten Einstellung einer Durchbiegung ist bei diesem Walzentyp nicht gegeben.Another type of roller with internal active actuators for damping vibrations can be found in the DE 100 08 800 B4 , Rolls of the type described therein can be used in calenders. However, the use is expensive and it requires a considerable design and manufacturing effort. One way to selectively adjust a deflection is not given in this type of roller.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Schwingungen am Mantel einer S-Walze im Betrieb zu reduzieren.It is the object of the invention to reduce the vibrations on the shell of an S-roll during operation.

Die Aufgabe wird vorrichtungsmäßig mit einer Walze gelöst, bei der mindestens eine aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung vorhanden ist.The object is achieved by means of a device with which at least one actively controllable chamber volume changing device is present.

Eine solche aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung schafft die Möglichkeit, kurzzeitige Druckstöße durch eine Volumenveränderung der mit einem Druckfluid gefüllten Kammer zu erreichen. Diese Druckstöße können eine gegenphasige Schwingung erzeugen und somit die Druckpulsation, welche durch die erste Achseigenfrequenz oder durch die erste Kontakteigenfrequenz des Systems entsteht auslöschen. Zumindest kann die Volumenveränderung, die durch die Kammervolumenveränderungseinrichtung bewirkt wird, angenähert um 90° phasenversetzt zwischen den Schwingungen des Walzenmantel und der Schwingung der Achse eingestellt sein, so dass eine optimale Dämpfung erzielt wird. Eine brauchbare Dämpfung wird bei einem Phasenversatz von wenigstens 50° bis 130° erwartet. In einem System mit einer Gegenwalze, also beispielsweise einem Softkalander, kann die aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung aus dem Inneren der S-Walze heraus aktive phasenverschobene Gegenschwingungen erzeugen, die zu einer deutlichen Verringerung der Schwingbewegungen führen.Such an actively controllable chamber volume changing device creates the possibility of achieving short-term pressure surges by changing the volume of the chamber filled with a pressurized fluid. These pressure surges can produce an antiphase oscillation and thus extinguish the pressure pulsation, which is caused by the first axis frequency or by the first contact natural frequency of the system. At a minimum, the volume change caused by the chamber volume varying means may be adjusted approximately 90 ° out of phase between the vibrations of the roll shell and the vibration of the axle so that optimum damping is achieved. A useful attenuation is expected at a phase offset of at least 50 ° to 130 °. In a system having a mating roll, that is, for example, a soft calender, the actively controllable chamber volume changing device can produce active phase-shifted counter-vibrations from inside the S-roll, which lead to a significant reduction in the oscillatory movements.

Vorzugsweise umfasst die Kammervolumenveränderungseinrichtung eine Membran. Über eine derartige Membran lässt sich das Volumen in einer Kammer leicht und vor allen Dingen schnell und präzise verändern. Es ist wichtig, dass das Volumen der Kammer pulsierend, also den auftretenden Schwingungen der Walze angepasst, verändert werden kann. Die Membran, die begrifflich auch durch einen Metalldeckel gebildet sein kann, ist bevorzugt rund oder auch viereckig ausgeführt. Selbstverständlich sind auch Kompositwerkstoffe aus Kunststoff und aus Metall für die Membran geeignet. Vielfach ist es sinnvoll, die Metallmembran/der Metalldeckel hydraulisch, mechanisch, piezoelektrisch oder durch elastomere Werkstoffe bzw. Druckspeicher vorzuspannen.Preferably, the chamber volume changing means comprises a membrane. Such a membrane makes it possible to change the volume in a chamber easily and, above all, quickly and precisely. It is important that the volume of the chamber pulsating, so adapted to the occurring vibrations of the roller, can be changed. The membrane, which may also be conceptually formed by a metal lid, is preferably round or quadrangular. Of course, composite materials made of plastic and metal are suitable for the membrane. In many cases, it makes sense to bias the metal membrane / the metal cover hydraulically, mechanically, piezoelectrically or by elastomeric materials or pressure accumulator.

Bevorzugt ist die Membran derart bewegbar, dass ein Kammervolumen um 0,01–0,5% vergrößer- bzw. verkleinerbar ist. Eine derart geringe Änderung des Volumens hat sich als ausreichend herausgestellt, um die Schwingungen in einer S-Walze nahezu vollständig auszulöschen.Preferably, the membrane is movable such that a chamber volume can be increased or reduced by 0.01-0.5%. Such a small change in volume has been found to be sufficient to almost completely extinguish the vibrations in an S-roll.

Es ist vorteilhaft, wenn die Membran in einer Vertiefung der Achse ringsum abgedichtet ist. Innerhalb einer Vertiefung der Achse, beispielsweise einer Bohrung, ist eine Membrane, die ringsum abgedichtet ist, besonders einfach zu realisieren. Sie kann zwischen zwei Ringen bzw. Bünden eingeklemmt sein. Dabei besitzt sie dennoch die Freiheit, die Membranfläche beweglich zu halten, um das Volumen in einer Kammer verändern zu können. Es ist vorgesehen, die Membrane über den Druck des Druckfluids in der Kammer vorzuspannen.It is advantageous if the membrane is sealed in a recess of the axis all around. Within a depression of the axis, for example a bore, a membrane that is sealed all around is particularly easy to implement. It can be clamped between two rings or frets. Yet it still has the freedom to keep the membrane surface movable in order to be able to change the volume in a chamber. It is contemplated to bias the diaphragm over the pressure of the pressurized fluid in the chamber.

Günstig ist es, wenn wenigstens ein Aktuator mit der Kammervolumenveränderungseinrichtung verbunden ist. Beispielsweise kann der Aktuator direkt an der Membran anknüpfen und diese bewegen. Dadurch kann Schwingungen in der Walze sehr schnell begegnet werden.It is advantageous if at least one actuator is connected to the chamber volume changing device. For example, the actuator can tie directly to the membrane and move it. As a result, vibrations in the roller can be countered very quickly.

Es ist möglich, dass der Aktuator in der Lage ist, mit hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch wirkenden Mitteln den Druck auf den Mantel auszuüben. Diese Mittel werden in erprobter Weise eingesetzt und sind relativ leicht und verschleißarm handhabbar. Jeder Kalander besitzt zudem sowieso eine hydraulische, pneumatische und elektrische Versorgung. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Aktuator wenigstens ein Piezoelement umfasst. Die Ausdehnung von Piezoelementen ist mit elektrischen Mitteln schnell und präzise steuerbar. Die Piezokeramiken sind rund oder bevorzugt rechteckig geformt. Die Stapelhöhe beträgt 5 bis 100 mm. Die Leistungselektronik wird außerhalb der Walze in einem Schaltschrank untergebracht. Über einen Kabelkanal kann eine sichere Stromzuführung gewährleistet werden. Die Betriebsspannung des Aktuators liegt bei +/–10 bis +/–1000 V. Die Aktuatoren können zu Gruppen zusammengefasst werden, die gemeinsam über eine Leistungselektronik getrieben werden oder auch einzeln angesteuert werden. Besonders leicht herzustellen ist folgende Lösung: es wird eine Einfräsung in die Achse in CD-Richtung eingebracht. Anschließend wird ein Einsatz gefertigt, der in die Einfräsung eingesetzt wird und alle Aktuatoren umfasst. Das durch die Walze geleitete Druckfluid kann zusätzlich als Kühlmedium für die Aktuatoren dienen.It is possible that the actuator is capable of exerting pressure on the jacket with hydraulic, pneumatic or electromagnetic means. These agents are used in a proven manner and are relatively easy to handle and wear. Each calender also has a hydraulic, pneumatic and electrical supply anyway. However, it is particularly advantageous if the actuator comprises at least one piezoelectric element. The expansion of piezoelectric elements can be controlled quickly and precisely by electrical means. The piezoceramics are round or preferably rectangular in shape. The stack height is 5 to 100 mm. The power electronics are housed outside the roller in a control cabinet. Via a cable channel, a secure power supply can be ensured. The operating voltage of the actuator is +/- 10 to +/- 1000 V. The actuators can be combined into groups, which are driven together by a power electronics or are also controlled individually. The following solution is particularly easy to produce: a milling cut is made in the axis in the CD direction. Subsequently, an insert is made, which is inserted into the milling and includes all actuators. The pressure fluid conducted through the roller can additionally serve as a cooling medium for the actuators.

Vorzugsweise ist der Aktuator in der Vertiefung radial weiter innen in der Achse angeordnet ist als die Membran. Dadurch steht er nicht unter dem direkten Druck des Druckfluids. Vielmehr ist er geschützt und reibungsfrei arbeitend in der Vertiefung der Achse untergebracht.Preferably, the actuator is disposed radially further inwardly of the recess in the axis as the membrane. As a result, he is not under the direct pressure of the pressurized fluid. Rather, he is protected and working without friction housed in the recess of the axle.

Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass die Vertiefung einen Kühlfluidzu- und -ablauf aufweist. Das durch die Walze geleitete Druckfluid kann neben seinen anderen Aufgaben als Kühlmedium für die Aktuatoren dienen. In diesem Fall werden aufwändige separate Kühlbohrungen mit Außenanschlüssen vermieden.Advantageously, it is ensured that the depression has a cooling fluid inlet and outlet. The pressurized fluid conducted through the roller can, in addition to its other tasks, serve as a cooling medium for the actuators. In this case, elaborate separate cooling bores with external connections are avoided.

Bevorzugt wird der Druckraum über eine Druckfluidleitung versorgt, in der sich ein Drosselelement befindet. Durch Schwingungen verursachte Kräfte auf das Stützelement können mit Hilfe dieser Drosseln abgefangen werden. Die Drosseln dämpfen also zusätzlich auf passive Weise und können beispielsweise Bohrungs-, Sieb- oder Ringspaltdrosseln sein.Preferably, the pressure chamber is supplied via a pressure fluid line, in which there is a throttle element. Due to vibrations forces on the support element can be intercepted with the help of these chokes. The throttles thus additionally dampen in a passive manner and can be, for example, bore, sieve or annular gap throttles.

Vorteilhaft ist an oder in der Walze eine Sensoranordnung angebracht, die mit einer Steuereinrichtung in Verbindung steht, die den mindestens einen Aktuator ansteuert. Als Sensoranordnung sind die verschiedensten Messapparaturen zu verstehen. Das reicht vom Drehzahlmesser bis hin zum Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer der Schwingungen, berührend wie berührungslos. Die Signale der Messergebnisse werden an eine Steuerungsvorrichtung weitergeleitet, die für eine wirkungsvolle aktive Ansteuerung des Aktuators sorgt, um die Walzenmantelschwingungen abzufangen.Advantageously, a sensor arrangement is mounted on or in the roller, which is in communication with a control device which controls the at least one actuator. As a sensor arrangement, the most diverse measuring apparatuses are to be understood. This ranges from the tachometer to the acceleration or speed sensor of the vibrations, touching as non-contact. The signals of the measurement results are forwarded to a control device, which provides for an effective active activation of the actuator to intercept the roll jacket vibrations.

Es ist günstig, wenn der vom Aktuator ausgeübte Druck über die Membran auf das Druckfluid einer Kammer im Betrieb pulsiert. Man wählt hier bevorzugt eine Frequenz, die mit der Systemeigenfrequenz interferiert, um die barringbildenden Schwingungen auszulöschen. Es hat sich herausgestellt, dass die Pulsation des Aktuators vorzugsweise in einem bestimmten Frequenzband erfolgt. Es ist dabei vorgesehen, dass der vom Aktuator ausgeübte Druck auf den Walzenmantel im Betrieb mit einer Frequenz von 100 bis 400 Hz pulsiert.It is favorable if the pressure exerted by the actuator pulsates via the diaphragm to the pressure fluid of a chamber during operation. Here, it is preferable to select a frequency which interferes with the system natural frequency in order to cancel the barring-forming vibrations. It has been found that the pulsation of the actuator preferably takes place in a specific frequency band. It is provided that the pressure exerted by the actuator pressure on the roll shell in operation at a frequency of 100 to 400 Hz pulsates.

Die Walzen sind in der Regel dazu gedacht, um mit einem Gegendruckelement, beispielsweise einer zweiten Walze einen Nip zu bilden, in dem einer Faserstoffbahn behandelt werden kann. Damit das Profil im Nip nicht unzulässig beeinflusst wird, ist es von Vorteil, wenn die Wirkrichtung aller Aktuatoren nicht durch den Nip geht.The rolls are usually intended to form a nip with a counter-pressure element, for example a second roll, in which a fibrous web can be treated. So that the profile in the nip is not unduly influenced, it is advantageous if the effective direction of all actuators does not go through the nip.

Bevorzugt sind die Aktuatoren symmetrisch über die Länge und/oder den Umfang der Walze verteilt. Dadurch werden Einflüsse vermieden, die sich ungleichmäßig auf die Faserstoffbahn in ihrer Breite auswirken. Bekäme die Walze nur auf einer Seite einen „Bauch” durch den Aktuator, so würde die Bahn an dieser Stelle ggf. stärker verdichtet als woanders.Preferably, the actuators are distributed symmetrically over the length and / or circumference of the roller. This avoids influences that unevenly affect the width of the fibrous web. If the roller only had a "belly" through the actuator on one side, the web would possibly be more compacted at this point than elsewhere.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. So werden die Schwingungen in einer Walze gemäß Anspruch 1 dadurch vermieden, dass das Volumen einer Kammer pulsierend verändert wird. Jede Walze besitzt eine kennzeichnende Eigenfrequenz und eine eigene Steifigkeit. Diese sind heutzutage auf einfachem Weg mathematisch zu ermitteln. Für die Eigenfrequenz ist der Walzenmantel der S-Walze und dessen Lagerung ein wichtiger Einflussfaktor. Durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung über eine Volumenänderung in der Kammer, beispielsweise mittels eines Aktuators und einer Membran, kann die Steifigkeit und somit die Eigenfrequenz stark verändert werden, was wiederum dazu führt, dass Schwingungen vermieden werden. Es hat sich herausgestellt, dass in Systemen, beispielsweise einem Kalander, es ausreicht, mit einer pulsierenden Volumenänderung der Kammer durch einen Aktuator und eine Membran die meisten aus Eigenfrequenzen resultierenden Schwingungen zu vermeiden.Procedurally, the object of the invention is achieved by the features of claim 12. Thus, the vibrations are avoided in a roller according to claim 1, characterized in that the volume of a chamber is changed pulsating. Each roller has a characteristic natural frequency and its own rigidity. Nowadays, these can be determined mathematically in a simple way. For the natural frequency of the roll shell of the S-roll and its storage is an important factor. By an additional pressurization via a volume change in the chamber, for example by means of an actuator and a membrane, the stiffness and thus the natural frequency can be greatly changed, which in turn means that vibrations are avoided. It has been found that in systems, for example a calender, it is sufficient to avoid most oscillations resulting from natural frequencies with a pulsating volume change of the chamber by means of an actuator and a membrane.

Es ist vorteilhaft, wenn bei der Volumenänderung zur Aktivierung der Schwingungsvermeidung auch der Druck in der Druckkammer verändert wird. Ein pulsierende Druckbeaufschlagung über das Druckfluid auf den Mantel kann bei Einstellung der richtigen Frequenz, die Schwingungen des Mantels fast vollständig auslöschen.It is advantageous if, in the change in volume to activate the vibration avoidance and the pressure in the pressure chamber is changed. A pulsating pressurization of the jacket by the pressurized fluid, when set to the correct frequency, can almost completely cancel the vibration of the jacket.

Vorzugsweise wird die Ausdehnung der Kammervolumenveränderungseinrichtung geregelt aufgrund von Schwingungsmessungen. Das ermöglicht eine gezieltere und frequenzgesteuerte pulsierende Druckbeaufschlagung auf den Walzenmantel, die sich ergebende Schwingungen noch besser dämpft.Preferably, the expansion of the chamber volume changing means is controlled based on vibration measurements. This allows a more targeted and frequency-controlled pulsating pressurization on the roll shell, which dampens the resulting vibrations even better.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der Figur eine schematische geschnittene Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen S-Walze.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the drawing. This shows in the figure a schematic sectional cross-sectional view of an S-roll according to the invention.

Die Walze 1 arbeitet zusammen mit einem lediglich als Pfeil angedeuteten Gegendruckelement 3, beispielsweise einer zweiten Walze, um zwischen ihnen in einem sogenannten Nip eine Faserstoffbahn zu behandeln.The roller 1 works together with an indicated only as an arrow back pressure element 3 , For example, a second roller to treat between them in a so-called nip a fibrous web.

Die Walze 1 besitzt einen rotierenden Walzenmantel 4 und eine feststehende Achse 5. Zwischen beiden sind Längsdichtungen 6 vorgesehen, die den Ringraum 7 in eine obere Kammer 8 und einen untere Kammer 9 teilen. Diese Kammern sind mit einem Druckfluid, in der Regel Öl, unterschiedlichen Drucks gefüllt. Als Zu- bzw. Abführkanäle dieser Kammern 8, 9 für das Druckfluid sind die Kanäle 10 vorgesehen. Unterschiedliche Drücke in den Kammern 8 und 9 erlauben der Walze 1 eine Durchbiegung, die sich an die des Gegendruckelements 3 anpassen kann. Das System aus Walze 1 und Gegendruckelement 3 tendiert aus unterschiedlichsten Gründen, beispielsweise Unebenheiten der zu behandelnden Faserstoffbahn oder Unrundheiten in der Walze, zu Schwingungen. Diese sind nur schwer über die Lagerung zu dämpfen. Deshalb ist zu diesem Zweck eine aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 eingesetzt, die in einer Vertiefung 13 der Achse 5 untergebracht ist. Die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 besteht aus einer in der Vertiefung 13 seitlich abgedichteten Membran 12 und einem Aktuator 11. Der Aktuator setzt sich im Wesentlichen aus Piezoelementen 15 zusammen, die über Energieleitungen 16 ansteuerbar sind. Die Betriebsspannung des Aktuators liegt bei +/–10 bis +/–1000 V. Über den Aktuator 11 kann die Membran 12 bewegt werden, um den Raum in der Kammer 8 entsprechend den Schwingungen zu vergrößern oder zu verkleinern. Dabei ist bevorzugt eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Kammervolumens um 0,01–0,5% vorzunehmen. Der dadurch erzeugte Druckunterschied wirkt pulsierend gegen die Schwingungen und zwar entweder gegenphasig, um die Schwingungen auszulöschen, oder um ca. 90° phasenversetzt, um die Schwingung zu dämpfen. Die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 arbeitet also aktiv gegen die Schwingungen.The roller 1 has a rotating roll shell 4 and a fixed axis 5 , Between both are longitudinal seals 6 provided the annulus 7 in an upper chamber 8th and a lower chamber 9 share. These chambers are filled with a pressurized fluid, usually oil, of different pressure. As inlet and discharge channels of these chambers 8th . 9 for the pressurized fluid are the channels 10 intended. Different pressures in the chambers 8th and 9 allow the roller 1 a deflection that matches that of the counterpressure element 3 can adapt. The system of roller 1 and counter-pressure element 3 For various reasons, for example, unevennesses of the fibrous web to be treated or non-circularities in the roll, it tends to oscillate. These are difficult to dampen over storage. Therefore, for this purpose, an actively controllable chamber volume change device 2 used in a recess 13 the axis 5 is housed. The chamber volume change device 2 consists of one in the depression 13 laterally sealed membrane 12 and an actuator 11 , The actuator consists essentially of piezo elements 15 together, over power lines 16 are controllable. The operating voltage of the actuator is +/- 10 to +/- 1000 V. About the actuator 11 can the membrane 12 be moved to the room in the chamber 8th to increase or decrease according to the vibrations. In this case, an enlargement or reduction of the chamber volume by 0.01-0.5% is preferred. The pressure difference generated thereby acts pulsating against the vibrations, either in antiphase to extinguish the vibrations, or phase-shifted by about 90 ° to dampen the vibration. The chamber volume change device 2 works actively against the vibrations.

Die Membran 12 ist nahe der Oberfläche der Achse 5 innerhalb der Vertiefung 13 ringsum gehalten und durch eine ringförmige Dichtung 14 abgedichtet, so dass der Druck aus der Kammer 8 nicht direkt auf den Aktuator wirken kann. Das Kammervolumen erstreckt sich über den halbmondförmigen halben Ringraum 7, bis hin zu der Membran 12.The membrane 12 is near the surface of the axis 5 within the recess 13 held all round and by an annular seal 14 sealed so that the pressure from the chamber 8th can not act directly on the actuator. The chamber volume extends over the crescent-shaped half annulus 7 , right down to the membrane 12 ,

Diese aktive Schwingungsdämpfung kann zudem unterstützt werden, indem im Zu- oder Ablauf 10 der Kammern in der Zeichnung nicht dargestellte Drosseln angeordnet sind. Weiterhin sind Leitungen 17, 18 aus den Kammern 8, 9 zum Aktuator 11 vorgesehen. Das Druckfluid, das aus Kammer 8 kommend über die Leitung 17, vorbei am Piezoelement 15, durch die Leitung 18 in die Kammer 9 mit dem geringeren Druck fließt, kühlt demnach auch den Aktuator 11.This active vibration damping can also be supported by entering or exiting 10 the chambers are arranged in the drawing chokes not shown. Furthermore, there are cables 17 . 18 from the chambers 8th . 9 to the actuator 11 intended. The pressurized fluid coming out of chamber 8th coming over the line 17 , past the piezo element 15 , through the pipe 18 in the chamber 9 flows with the lower pressure, thus also cools the actuator 11 ,

Hilfreich gibt eine Sensoranordnung 19 zur Messung von Schwingungen ihre Messsignale über eine Steuerleitung 20 an eine Steuereinrichtung 22 weiter, die wiederum – über die Steuerleitung 21 angedeutet – dafür sorgt, dass die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 den Druckkammerraum 8 mit einem pulsierenden Druck derart versorgt wird, dass die Schwingungen des Systems interferierend reduziert werden. Es wird also über die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 eine Gegenschwingung mit Druck auf den Mantel 4 eingeleitet. Als Sensoren eignen sich Beschleunigungssensoren, kapazitive Sensoren, Drucksensoren, optische Sensoren etc.Helpful is a sensor arrangement 19 for measuring vibrations their measuring signals via a control line 20 to a control device 22 continue, in turn - via the control line 21 indicated - ensures that the chamber volume change device 2 the pressure chamber space 8th is supplied with a pulsating pressure so that the vibrations of the system are reduced interfering. It is therefore about the chamber volume change device 2 a counter-vibration with pressure on the mantle 4 initiated. Suitable sensors are acceleration sensors, capacitive sensors, pressure sensors, optical sensors, etc.

Der Aktuator 11 hat seine Wirkrichtung nicht zum mit dem Gegendruckelement 3 gebildeten Nip hin. Dadurch werden negative Druckeinflüsse der Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 auf die Behandlung der Faserstoffbahn vermieden.The actuator 11 does not have its direction of action with the counter-pressure element 3 formed nip out. As a result, negative pressure influences the chamber volume change device 2 avoided on the treatment of the fibrous web.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Walzeroller
22: KammervolumenveränderungseinrichtungChamber volume-changing means
33: GegendruckelementCounterpressure element
44: Walzenmantelroll shell
55: Achseaxis
66: Längsdichtunglongitudinal seal
77: Ringraumannulus
88th: obere Kammerupper chamber
99: untere Kammerlower chamber
1010: Kanalchannel
1111: Aktuatoractuator
1212: Membranmembrane
1313: Vertiefungdeepening
1414: Dichtungpoetry
1515: Piezoelementpiezo element
1616: Energieleitungpower line
1717: KühlfluidzuführleitungKühlfluidzuführleitung
1818: KühlfluidabführleitungKühlfluidabführleitung
1919: Sensoranordnungsensor arrangement
2020: Steuerleitungcontrol line
2121: Steuerleitungcontrol line
2222: Steuereinrichtungcontrol device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 29624490 U1 [0007]
DE 19821854 C1 [0007]
DE 29509545 U1 [0010]
DE 10008800 B4 [0011]

Claims

Roller for treating a fibrous web with a rotating, on a rotationally fixed axis ( 5 ) mounted hollow roll shell ( 4 ), wherein the annulus ( 7 ) between jacket ( 4 ) and axis ( 5 ) by at least two axial seals ( 6 ) into at least two chambers ( 8th . 9 ), which can be filled to achieve a desired roll deflection with pressure fluids of different pressure, characterized in that at least one actively controllable chamber volume change device ( 2 ) is available.

Roller according to claim 1, characterized in that the chamber volume changing device ( 2 ) a membrane ( 12 ).

Roller according to claim 2, characterized in that the membrane ( 12 ) is movable such that a chamber volume can be increased or reduced by 0.01-0.5%.

Roller according to claim 2 or 3, characterized in that the membrane ( 12 ) in a depression ( 13 ) of the axis ( 5 ) is sealed all around.

Roller according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one actuator ( 11 ) with the chamber volume change device ( 2 ) connected is.

Roller according to claim 5, characterized in that the actuator ( 11 ) at least one piezoelectric element ( 15 ).

Roller according to one of claims 4 to 6, characterized in that the actuator ( 11 ) in the depression ( 13 ) radially further inward in the axis ( 5 ) is arranged as the membrane ( 12 ).

Roller according to one of claims 4 to 7, characterized in that the recess ( 13 ) a cooling fluid inlet and outlet ( 17 . 18 ) having.

Roller according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one chamber ( 8th . 9 ) over a channel ( 10 ) is supplied, in which there is a throttle.

Roll according to one of claims 4 to 9, characterized in that on or in the roll ( 1 ) a sensor arrangement ( 19 ) fitted with a control device ( 22 ) communicating the at least one actuator ( 11 ).

Roll according to one of claims 5 to 10, characterized in that the from the actuator ( 11 ) applied pressure across the membrane ( 12 ) on the pressurized fluid of a chamber ( 8th . 9 ) pulsates in operation at a frequency of 100 to 400 Hz.

Method for preventing vibrations on a roller according to claim 1, characterized in that the volume of a chamber ( 8th . 9 ) is changed pulsating.

Method according to claim 13, characterized in that, in order to activate the oscillation prevention, the pressure in the chamber ( 8th . 9 ) is changed.

Method according to claim 12 or 13, characterized in that the expansion of the chamber volume changing device ( 2 ) is regulated on the basis of vibration measurements.