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Die Erfindung betrifft eine Schüttelvorrichtung zur Erzeugung einer Schwingbewegung eines Maschinenteils, wie einer Walze, die Teil einer Maschine zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Faserstoffbahn, wie einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine ist.
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Derartige Schüttelvorrichtungen werden auch als Schüttelwerke bezeichnet. Hierbei wird das Maschinenteil, also z.B. die Walze, wie beispielsweise Brustwalze, mittels des Schüttelwerks zu eindimensionale, translatorischen Schwingbewegungen in Translationsrichtung, also parallel zur Walzenachse angeregt.
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Aus
WO2014044555 A1 ist ein Schüttelwerk bekannt, umfassend ein Gehäuse und ein Koppelteil, welches an das zu schüttelnde Maschinenteil mechanisch angeschlossen ist, wobei in dem Gehäuse ein Erregungskörper als Gegenmasse angeordnet ist. Die Erregung der Gegenmasse zu einer Schwingung auf die gewünschte Resonanzfrequenz erfolgt pneumatisch. Die Gegenmasse kann frei innerhalb des Gehäuses schwingen und ist mechanisch von diesem entkoppelt. Das bedeutet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Schüttelwerks die Gegenmasse frei von einer mechanischen Verbindung zu dem Erregungskörper ist. Vielmehr erfolgt die Übertragung der Hin- und Herbewegung der Gegenmasse über ein Luftpolster, also rein federelastisch. Nachteilig hieran ist, dass einerseits relativ große Volumenströme an Luft nötig sind, um die Gegenmasse auf Resonanzfrequenz zu bringen. Diese stellen hohe technische Anforderungen an entsprechende Ventile, welche dementsprechend teuer sind. Die freie, federelastische Bewegung der Gegenmasse innerhalb des Gehäuses bringt ferner den Nachteil mit sich, dass eine vergleichsweise aufwendige Lagerung der Gegenmasse nötig ist, um einerseits die Reibung zu reduzieren und andererseits ein Verkanten der Gegenmasse innerhalb des Gehäuses zu vermeiden. Dies hatte bisher zur Folge, dass ein solches Schüttelwerk häufiger gewartet werden musste.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die eingangs genannten Gegenstände.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schüttelvorrichtung anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere liegt die Aufgabe darin, eine Alternative zur Erregung eines bekannten Schüttelwerks anzugeben. Ferner soll einerseits eine kostengünstige Schüttelvorrichtung angegeben werden und andererseits die Wartungsintervalle derartiger Vorrichtungen verlängert werden.
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Die Aufgabe wird mit einer Schüttelvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein, die im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können.
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Ein Maschinenteil im Sinne der Erfindung ist ein Teil einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen. Ein derartiges Maschinenteil ist zumeist eine um ihre Längsachse rotierbare Walze zur Abstützung von umlaufenden Bespannungen (wie Sieben) und/oder Materialbahnen. Solche Walzen können Brustwalzen sein. Diese sind in der Regel die ersten die Bespannung tragenden Walzen innerhalb der Maschine. Sie kommen z.B. in der Formierzone, in der eine Faserstoffsuspension auf die Bespannung abgelegt wird zum Einsatz. Dort wird eine solche Brustwalze zur Verbesserung der Formierwirkung mittels des Schüttelwerks quer zur Längsrichtung der Maschine (also der Laufrichtung der herzustellenden Faserstoffbahn) in eine hin- und hergehende Bewegung, also Schwingung, versetzt. Dies entspricht im Wesentlichen dem bestimmungsgemäßen Betrieb einer solchen Vorrichtung.
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Unter einer Schwingbewegung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird – abgesehen von ungewünschten, im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden Überlagerungsbewegungen, wie Vibrationen – eine eindimensionale, ausschließlich translatorische, bevorzugt periodische Hin- und Herbewegung entlang einer Translationsrichtung verstanden. Die Hin- und Herbewegung kann mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz schwingen. Wenn gemäß der Erfindung von einer Schwing- oder Schüttelbewegung oder allgemein von einem Schütteln die Rede ist, dann ist stets eine solche Hin- und Herbewegung gemeint. So ist die Schwingbewegung des Gehäuses des Schüttelwerks eine Reaktion auf die bewusst erzeugte Hin- und Herbewegung des Erregungskörpers. Schwing- bzw. Schüttelbewegung sowie Hin- und Herbewegung können dabei entlang derselben Translationsrichtung jedoch gegenläufig zueinander erfolgen. So kann eine linksgerichtete Bewegung des Erregungskörpers nach dem Newtonschen Prinzip der Wechselwirkung eine entgegengesetzte, rechtsgerichtete Bewegung des Gehäuses verursachen. Anders ausgedrückt erzeugt (induziert) der sich entlang der Translationsrichtung bewegende Erregungskörper – der eine mit allesamt damit direkt zusammenhängenden und bewegten Massen eine Erregungsmasse darstellt – eine entsprechende entgegen gerichtete Bewegung des Gehäuses und aller direkt daran hängender Massen, wie die des Koppelteils und letztendlich des Maschinenteils.
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Der Begriff Translationsrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung erfasst beide, entgegengesetzte Richtungen entlang einer Geraden, wie z.B. einer Horizontalen. Diese Gerade fällt in der Regel mit der Längs- und/oder Drehachse des zu schüttelnden Maschinenteils, also z.B. mit einer ebensolchen Achse der Walze, wie Brustwalze zusammen.
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Wenn im Sinne der Erfindung davon die Rede ist, das ein Bauteil an ein anderes mechanisch gekoppelt ist, dann ist damit im Gegensatz zu einer rein elastischen, wie federelastischen (z.B. mittels Federn oder durch Luftpolster) eine starre und im Wesentlichen unelastische Kopplung gemeint, also eine Kopplung mittels Festkörper gemeint. Eine solche mechanische Kopplung kann auch eine lösbare oder zeitweise Kopplung sein, die durch z.B. eine mechanische, lösbare Kupplung darstellbar ist.
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Ein Erregerantrieb im Sinne der Erfindung soll ein Antrieb sein, der unter Energieumformung den Erregungskörper im bestimmungsgemäßen Betrieb zu einer erfindungsgemäßen Hin- und Herbewegung anregt. Hierzu können Antriebsmotoren Verwendung finden.
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Ein Gehäuse im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein solches Bauteil, das im Stande ist die vom Erregerantrieb erzeugte Hin- und Herbewegung des Erregungskörpers direkt oder indirekt (z.B. über ein Koppelteil) auf das Maschinenteil zu übertragen. Dazu kann, das Gehäuse offen sein, muss es aber nicht zwingend not wendig sein.
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Unter den allgemeinen Begriff Antriebsmotor im Sinne der Erfindung fällt ein für den Einsatzzweck der Erzeugung der Hin- und Herbewegung brauchbarer Antrieb wie ein pneumatischer, hydraulischer oder elektromotorischer Antrieb. Der Antriebsmotor kann einen Stator und einen Läufer umfassen, welche relativ zueinander verfahrbar sind, bevorzugt in Translationsrichtung. So kann der Antriebsmotor eine pneumatische oder hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, bei dem der Stator dem Zylinder entspricht, in dem sich der Kolben, dann als Läufer bezeichnet, bewegt. Der Antriebsmotor kann aber auch ein Elektromotor sein.
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Gemäß der Erfindung kann der Antriebsmotor als Linearantrieb ausgeführt sein. Unter Linearantrieb wird ein Antrieb verstanden, der zumindest eine einseitige translatorische Bewegung wie Hin- und Herbewegung, erzeugt. Zu den Linearantrieben gehören grundsätzlich Gewindetriebe, pneumatische oder hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten sowie sonstige, z.B. elektrische Linearmotoren. Diesen ist gemein, dass Stator und Läufer relativ zueinander entlang einer Linearachse, also im Wesentlichen parallel zu der Translationsrichtung verfahrbar sind.
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Wenn im Sinne der Erfindung davon die Rede ist, das ein Bauteil im Wesentlichen innerhalb des anderen Bauteils angeordnet ist, dann ist damit gemeint, dass dieses teilweise oder vollständig innerhalb des betreffenden Bauteils dessen Begrenzung angeordnet ist. Wenn andererseits davon die Rede ist, dass ein Bauteil wenigstens mittelbar am anderen gekoppelt ist, dann wird darunter verstanden, dass es einerseits mittelbar, also indirekt unter Einwirkung weiterer Mittel wie eines Flansches, oder andererseits eben direkt, das heißt frei von solchen Mitteln mit dem betreffenden Bauteil verbunden ist.
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Unter Fluid wird im Sinne der Erfindung ein Gas wie Luft oder eine Flüssigkeit wie eine Hydraulikflüssigkeit, z.B. Öl verstanden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine umfassend eine erfindungsgemäße Schüttelvorrichtung.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein System aus erfindungsgemäßer Schüttelvorrichtung und Maschinenteil, wie das einer eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Maschinenteil, wie das einer eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, wobei die Schüttelvorrichtung in das betreffende Maschinenteil integriert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine stark schematisierte Darstellung einer Schüttelvorrichtung in einer Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine stark schematisierte Darstellung einer Schüttelvorrichtung in einer Seitenansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die in 1 dargestellte, prinzipielle Anordnung zeigt ein Maschinenteil 1, wie eine Walze z.B. Brustwalze einer Maschine zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Faserstoffbahn in einer Seitenansicht. Das Maschinenteil 1 ist um dessen Längsachse rotierbar und in Lagern 1.1 gegen Reaktionskräfte bzw. -momente abgestützt. Die Lager 1.1 sind meist Teil des Maschinenteils 1. Mit diesem Maschinenteil 1 ist die erfindungsgemäße Schüttelvorrichtung 2 mechanisch gekoppelt. Dies erfolgt im vorliegenden Fall mittels eines Koppelteils 2.1.
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Die Schüttelvorrichtung 2 umfasst ein Gehäuse 2.2 und einen im bestimmungsgemäßen Betrieb der Schüttelvorrichtung 2 darin hin- und her beweglich gelagerten Erregungskörper 2.3. Wie gezeigt ist das Gehäuse 2.2 geschlossen und umgibt den Erregungskörper 2.3 in Umfangsrichtung vollständig. Der Erregungskörper 2.3 befindet sich vorliegend in Neutralstellung. Er unterteilt den vom Gehäuse 2.2 begrenzten Gehäuseraum 3 in einen ersten Teilraum 3.1 und einen zweiten Teilraum 3.2. Beide Teilräume können voneinander fluidisch getrennt sein, d.h. gegeneinander und bevorzugt auch gegen die Umgebung abgedichtet sein. Beide Teilräume 3.1, 3.2 können einen oder mehrere entsprechende Anschlüsse 7, 8 zum Zu- bzw. Abführen von Fluid zu oder aus den Teilräumen 3.1, 3.2 aufweisen. So können die Teilräume nach Art einer Gasfeder mit Fluid wie Druckluft beaufschlagbar sein. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht zwingend erforderlich.
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Innerhalb des Gehäuses 2.2 ist ein Erregerantrieb 4 angeordnet. Dieser umfasst im vorliegenden Fall zwei Antriebsmotoren 4.1, 4.2, die vollständig (radial und axial) innerhalb der Begrenzung des Gehäuses 2.2 und des Erregungskörpers 2.3 angeordnet sind. Jeder der Antriebsmotoren 4.1, 4.2 umfasst jeweils einen Stator 4.1.1, 4.2.1 und einen Läufer 4.1.2, 4.2.2. Im vorliegenden Fall ist ein erster Antriebsmotor 4.1 in dem ersten Teilraum 3.1 und eine zweiter Antriebsmotor 4.2 in dem zweiten Teilraum 3.2 angeordnet. Beide Antriebsmotoren 4.1, 4.2 sind derart mit ihrem einen axialen Ende (hier dem Stator 4.1.1, 4.2.1) jeweils an dem axialen Ende des Gehäuses und mit ihrem anderen axialen Ende (hier dem Läufer 4.1.2, 4.2.2) an dem Erregungskörpers 2.3 mechanisch und starr gekoppelt. Diese mechanische Kopplung ermöglicht es, dass der Erregungskörpers 2.3 besser als dies bisher beim Stand der Technik bekannt war, in seiner Hin- und Herbewegung relativ zum Gehäuse 2.2 geführt wird.
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Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Schüttelvorrichtung 2 wird mittels des Erregerantriebs 4 eine Hin- und Herbewegung des Erregungskörpers 2.3 erzeugt.
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Letzterer pendelt dann um die dargestellte Neutralstellung nach links und rechts. Diese Hin- und Herbewegung erfolgt entlang der als Doppelpfeil eingezeichneten Translationsrichtung. Bevorzugt sind die beiden Antriebsmotoren 4.1, 4.2 als Linearantrieb ausgeführt. In diesem Fall sind Stator und Läufer relativ zueinander entlang einer Linearachse (nicht dargestellt) verfahrbar und derart im Gehäuse 2.2 angeordnet, dass die Linearachse im Wesentlichen parallel zu der Translationsrichtung verläuft.
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Die Hin- und Herbewegung, die – unabhängig von der hier dargestellten Ausführungsform – bevorzugt ausschließlich durch die Antriebsmotoren des Erregerantriebs 4 erfolgt, induziert einen gegengleiche Schwingbewegung des Gehäuses 2.2. Dem Erregerantrieb 4 kann eine entsprechende Steuerung (nicht dargestellt) zugeordnet sein, um den Erregungskörpers 2.3 auf die gewünschte Resonanzfrequenz des Gehäuses 2.2 bzw. des daran angeschlossenen Maschinenteils 1 zu bringen.
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Durch die gewählte Anordnung der Antriebsmotoren 4.1, 4.2 weisen jeweils die Läufer 4.1.2, 4.2.2 auf einander zu, sodass zur Erzeugung der Hin- und Herbewegung beide Läufer 4.1.2, 4.2.2 sich relativ zueinander gegengleich bewegen. Das bedeutet, dass bei einer Bewegung des Erregungskörpers 2.3 in Richtung auf die Hinbewegung der eine Läufer 4.1.2 im Hinblick auf den ihm zugeordneten Stator kontrahiert wird, wohingegen sich der andere Läufer 4.2.2 verlängert. Anders ausgedrückt verhalten sich die Hübe der beiden Antriebsmotoren 4.1, 4.2 gegengleich zueinander. Jedoch wäre auch eine davon abweichende Anordnung von Stator und Läufer zueinander denkbar.
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Wie in 1 dargestellt, sind insgesamt genau zwei Linearmotoren vorgesehen. Denkbar wäre jedoch auch einen davon abweichende Gesamtanzahl. In diesem Fall sollten eine gerade Gesamtanzahl von in den beiden Teilräumen angeordneten Antriebsmotoren 4.1, 4.2 vorgesehen sein.
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Werden Stator 4.1.1, 4.2.1 und Läufer 4.1.2, 4.2.2 konzentrisch zueinander ausgeführt und angeordnet, sodass der Stator den Läufer umgibt, oder umgekehrt, können die im Betrieb auftretenden Querkräfte reduziert werden.
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Die Schüttelvorrichtung 2 ist vorliegend auf zwei Rollstützen 6 am Maschinenboden 5 federnd abgestützt, wobei die Rollstützen 6 eine Bewegung des Gehäuses 2.2 um den am Maschinenboden 5 befindlichen Drehpunkt ermöglichen.
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Zusätzlich zu dem Erregerantrieb 4 könnten auch die Teilräume 3.1, 3.2 nach Art einer Gasfeder mit Fluid wie Druckluft im bestimmungsgemäßen Betrieb der Schüttelvorrichtung über die Anschlüsse 7, 8 beaufschlagbar sein. Zur Erzeugung und Steuerung der Beaufschlagung kann ein nicht dargestelltes Fluidsystem, wie Druckluftsystem vorgesehen sein. Dabei kann die Beaufschlagung der Teilräume 3.1, 3.2 mit Fluid derart erfolgen, dass sie zusätzlich zu dem Erregerantrieb 4 eine Hin- und Herbewegung des Erregungskörpers 2.3 erzeugt, sodass also Erregerantrieb 4 und Beaufschlagung der Teilräume mit Fluid einander zur Induktion einer Schwingbewegung des Gehäuses 2.2 bzw. des Maschinenteils 1 also jeweiliger Antrieb dienen und einander überlagern.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus 1, bei der Gehäuse 2.2 und Erregungskörper 2.3 rotationssymmetrisch ausgeführt sind, sodass das bereits zu 1 Gesagte analog gilt. Im vorliegenden Fall ist die Schüttelvorrichtung 2 in das betreffende Maschinenteil integriert, sodass z.B. das Gehäuse 2.2 bzw. dessen radial äußerste Oberfläche (Mantelfläche) zugleich die Mantelfläche des Maschinenteils, das als Walze ausgeführt ist, bildet. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse 2.2 radial und axial vollständig innerhalb des Maschinenteils angeordnet bzw. wird von dem Maschinenteil selbst ausgebildet. Damit ist das in 1 gezeigte Koppelteil 2.1 einteilig mit dem Gehäuse 2.2 ausgeführt. Im dem Falle, dass das Maschinenteil als Walze, wie Brustwalze ausgeführt ist, kann direkt auf dessen Mantelfläche die Bespannung laufen. Anders ausgedrückt ist die Schüttelvorrichtung in das zu schüttelnde Maschinenteil, hier die Brustwalze, integriert.
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Obwohl dies in den 1 und 2 nicht dargestellt ist, könnte die Lagerung des der Erregungskörpers 2.3 relativ zu dem Gehäuse 2.2 in Translationsrichtung fluidostatisch oder fluidodynamisch, und bevorzugt hydrostatisch oder hydrodynamisch ausgeführt sein.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Schüttelvorrichtung wird der Vorteil erreicht, dass durch den erfindungsgemäßen Erregerantrieb auf eine rein fluidische Erregung der Schwingung verzichtet werden kann. Andererseits, wenn eine solche zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Antrieb vorgesehen sein soll, sind deutlich geringere Drücke in den Teilräumen und dadurch relativ kleine Volumenströme an Luft nötig, um den Erregungskörper auf Resonanzfrequenz zu bringen. Dadurch können die Herstellungskosten einer solchen Schüttelvorrichtung reduziert werden, indem kostengünstigere Ventile verwendet werden. Ferner ist der Erregungskörper nicht mehr frei, sondern geführt innerhalb des Gehäuses geführt. Diese zusätzliche Führung bringt den Vorteil mit sich, dass auf eine vergleichsweise aufwendige Lagerung des Erregungskörpers verzichtet werden kann. Hierdurch können die Inspektions- und Wartungsintervalle einer solchen Schüttelvorrichtung verlängert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschinenteil
- 1.1
- Lager
- 2
- Schüttelvorrichtung
- 2.1
- Koppelteil
- 2.2
- Gehäuse
- 2.3
- Erregungskörper
- 3
- Gehäuseraum
- 3.1
- erster Teilraum
- 3.2
- zweiter Teilraum
- 4
- Erregerantrieb
- 4.1, 4.2
- Antriebsmotor
- 4.1.1, 4.2.1
- Stator
- 4.1.2, 4.2.2
- Läufer
- 5
- Maschinenboden
- 6
- Rollstützen
- 7, 8
- Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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