DE19652769A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung von Kontaktschwingungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung von KontaktschwingungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung von Kontakt
schwingungen rotierender Walzen in einer Papiermaschine oder Streicheinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie dem Oberbegriff des Anspruches 10.
In Papiermaschinen läuft die herzustellende Bahn über eine Vielzahl von Walzen, wo
bei wiederum an vielen Stellen jeweils mindestens zwei Walzen miteinander einen Nip
bilden, durch den die Bahn läuft, z. B. in der Pressenpartie, in Streicheinrichtungen, in
Wickelaggregaten oder Glätteinrichtungen. Hierbei tritt immer wieder das Problem von
Kontaktschwingungen auf.
Das Wesen der Kontaktschwingung ist jenes, daß die Achsen der beiden nipbildenden
Walzen sich im Betrieb relativ zueinander bewegen und so ungewollt verformen.
Dieses Problem verstärkt sich umso mehr, je höher die Bahngeschwindigkeit ist (zum
Teil über 2.000 m/min) und je breiter die Bahn und damit die Maschine mit ihren ent
sprechenden Walzen ist.
Bei Bahngeschwindigkeiten von über 1.000 m/min und extrem großen Bahnbreiten, die
bis zu 10 m betragen können, sind die Schwingungen so groß, daß die Walzen un
gleichmäßig (polygonartig) sich verformen und verschleißen. Außerdem bewirken die
Schwingungen eine schlechtere Runnability.
Bei Streichmaschinen ist eine verschlechterte Qualität des Längsprofiles des aufgetra
genen Striches zu verzeichnen.
Es ist bereits bekannt, Schwingungen oder Durchbiegungen von Walzen auf passivem
Wege zu dämpfen. Dies erfolgt z. B. durch Schaffung eines speziell gestalteten Strö
mungsquerschnittes eines Druckraumes in der stationären Zentralachse eines drehba
ren Walzenmantels, wie in der DE 29 50 945 offenbart ist.
Aus der US-5,431,261 ist ein Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen einer großen
Masse bekannt.
Bei diesem Verfahren wird ein Schwingungsunterdrücker mit einer zusätzlichen Masse
verwendet, wobei die zusätzliche Masse gegen die zu dämpfende Masse wirkt.
In der noch nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 196 35 216 ist ein Verfahren und
eine Wickelvorführung zum Aufwickeln einer Papierbahn zu einer Rolle mit aktiver
Schwingungsdämpfung beschrieben.
Hierbei umfaßt die Wickelvorrichtung eine Schwingungsunterdrückvorrichtung mit einer
zusätzlichen Unterdrückmasse, die auf die Anpreßtrommel für den Tambour wirkt.
Die Schwingungsunterdrückvorrichtung umfaßt dabei mindestens einen Aktuator, der
auf hydraulischem oder pneumatischem Wege arbeitet.
Der Aktuator erregt Schwingungen phasenversetzt, wodurch die Schwingungen der
Anpreßtrommel weitgehend unterdrückt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit de
nen Kontaktschwingungen von einander einen Nip bildenden Walzen zuverlässig be
seitigt oder zumindest gedämpft werden können. Dabei soll keine zusätzliche Masse,
wie beim bekannten Stand der Technik, Verwendung finden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Kennzeichen des Anspruches 1 und des
Anspruches 10 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfinder haben erkannt, daß eine effektive Dämpfung der Schwingungen der zu
sammenwirkenden, d. h. nipbildenden Walzen nur durch eine aktive Anregung von au
ßen auf wenigstens eine der Lagerstellen einer Walze (führer- und/oder triebseitig)
erreicht werden kann. Die einzuleitenden Kräfte können dabei auch außer- oder inner
halb der Lagerstelle auf den Zapfen der Lagerung wirken. Ein an die Lagerstelle(n)
gesetzter Sensor kann die Schwingung der Walzen in vorteilhafter Weise messen und
einen Befehl zur aktiven Dämpfung über ein Stellglied weiterleiten.
Es ist auch denkbar, den Sensor in Maschinenmitte zu positionieren.
Zur aktiven Dämpfung werden vorteilhafterweise solche Elemente benutzt, die eine
Selbstanpassung an veränderte Bedingungen erlauben.
Dies ist sehr wichtig, um auf geänderte Produktionsverhältnisse (z. B. Geschwindigkeit)
oder Maschinenverhältnisse (z. B. alternder Gummibezug der Walzen mit den damit
verbundenen anderen elastischen Eigenschaften) richtig und schnell reagieren zu kön
nen.
In überraschender und nicht erwarteter Weise hat sich gezeigt, daß eine aktive und
effektive Gegenmaßnahme an mindestens einer Lagerstelle trotz des dort liegenden
Schwingungsknotens möglich ist.
Die Gegenschwingung ist eine Sinusschwingung. Sie kann aber auch eine impulsartige
Schwingungscharakteristik (Rechteckschwingung) aufweisen. Die Gegenschwingung
braucht nicht auf jede Amplitude wirken, sondern z. B. auf jede zweite, dritte oder vierte
usw.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden:
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich dabei auf eine Streicheinrichtung.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich dabei auf eine Streicheinrichtung.
Fig. 1 zeigt die schematische Ansicht zweier zueinander angeordneter paralleler
Walzen 1 und 2 einer Streicheinrichtung mit jeweils zugeordneten bekannten Auf
tragswerken 3 und 4, die hier aber nicht näher erläutert werden sollen. Zwischen bei
den Walzen durch den Nip N läuft die zu beschichtende Bahn B, deren Laufrichtung
mit einem Pfeil dargestellt ist.
Die beiden Walzen sind in der Fig. 1 waagrecht nebeneinander liegend dargestellt.
Selbstverständlich sind auch andere Positionen denkbar, beispielsweise eine solche,
wo die Verbindungsebene ihrer Rotationsachsen mit der Horizontalen einen Winkel
bildet oder wo die beiden Walzen 1 und 2 direkt senkrecht übereinander angeordnet
sind, wobei die Laufrichtung der Bahn B auch eine andere sein kann.
Im gewählten Ausführungsbeispiel ist die rechte Walze 2 schwenkbar beweglich über
einen Schwenkmechanismus 5 um eine zu den Walzen 1 und 2 parallele Schwenkach
se 6 in einem Lager 7 gelagert. Der Schwenkmechanismus 5 wird z. B. durch einen
Schwenkzylinder 8 ausgelöst.
Die Walze 1 ist fest in Lagerung 9 gelagert, wobei diese in der Regel eine Walze mit
elastischem Bezug, z. B. Gummi, PU o. ä. ist. Die Walze 2 ist entweder ebenfalls ela
stisch bezogen oder hat einen Stahl- oder Chrommantel.
Aus Fig. 1 ist des weiteren entnehmbar die Anordnung von erfindungsgemäßen Ak
tuatoren 10, 11, 12. Aktuator 10 ist an das Lager 9 gekoppelt, Aktuator 11 ist an das La
ger 7 gekoppelt, und Aktuator 12 leitet eine Anregung parallel oder seriell zum Zylin
der 8 ein. Die genannten Aktuatoren wirken den Kontaktschwingungen mit Gegenfre
quenzen entgegen. Die Eigenfrequenz solcher Systeme beträgt häufig zwischen 30
und < 100 Hertz. Alle drei genannten Aktuatoren können getrennt die aktive Dämpfung
ausführen. Es sind aber auch Varianten denkbar, wonach der Aktuator 10 und 11, oder
Aktuator 10 und 12 gemeinsam wirken. Bei letzterem Fall entspricht dann die Wirkrich
tung des Aktuators 12 aufgrund der Umlenkung über Schwenkachse 6 wieder der von
Aktuator 11 (also im wesentlichen der radialen Verbindungslinie zwischen den Rotati
onsachsen 7 und 9 der nipbildenden Walzen 2 und 1.)
Es sind auch weitere Modifikationen denkbar, bei denen beispielsweise ein zweiter Aktuator 11' am Lager 7 angeordnet ist und dabei die Wirkrichtungen der Aktuatoren 11 und 11' im wesentlichen senkrecht aufeinander treffen.
Es sind auch weitere Modifikationen denkbar, bei denen beispielsweise ein zweiter Aktuator 11' am Lager 7 angeordnet ist und dabei die Wirkrichtungen der Aktuatoren 11 und 11' im wesentlichen senkrecht aufeinander treffen.
Die Dämpfung der Kontaktschwingung ist auch erfolgreich einsetzbar bei einer solchen
Anordnung von Walzen, wie sie aus Fig. 2 entnehmbar ist.
Die Fig. 2 zeigt eine 2-Walzen-Auftragsvorrichtung mit den zwei Auftragswalzen 1
und 2 und zusätzlichen Übertragungswalzen 13 und 14, die gegenläufig zu den Auf
tragswalzen rotieren und mit diesen ebenfalls einen Nip N (flüssigkeitsgefüllt) bilden.
Den Nip N zwischen Auftragswalze 1 und 2 durchläuft hier die Warenbahn B in anderer
Richtung als bei Fig. 1.
Die Auftragswalzen weisen im allgemeinen (aber nicht notwendigerweise) den gleichen
Durchmesser auf. Die Übertragungswalzen 13 und 14 haben vorzugsweise je einen
kleineren Durchmesser als die Auftragswalzen. Wenigstens ein entsprechender Aktua
tor 10 oder 11 kann dann zur Schwingungsdämpfung an wenigstens einem Lager die
ser Walzen 1 oder 2, 13 oder 14 eingesetzt werden.
Untersuchungen im Nip zwischen einer beweglichen und einer festen Walze haben
folgende Auslenkungen (Schwingungen) ergeben, die mit nachfolgenden Fig. 3, 4
und 5 verdeutlicht werden sollen. Die Auslenkung wurde jeweils in der Mitte der Wal
zen 1 und 2, also dort, wo bei der hier untersuchten Schwingungsform auch die Ver
formung am stärksten ist, ermittelt.
In der Y-Achse ist die Auslenkung (Schwingung) in mm × 10-2 und in der X-Achse die
Zeitdauer in sec aufgetragen.
In der Fig. 3 ist die Auslenkung der beweglichen Walze 2 dargestellt. Die volle Kurve
zeigt dabei die starke Auslenkung ohne aktive Dämpfung. In gestrichelter Linie ist die
nur noch sehr schwach - fast auf Null gehende - Auslenkung bei aktiver Dämpfung
dargestellt.
In Fig. 4 ist eine weniger starke Auslenkung am Nip der festen Walze 1 zu erkennen.
Auch hier ist in voller Linie die Auslenkung ohne Schwingungsdämpfung und in gestri
chelter Linie mit Schwingungsdämpfung gezeichnet.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß eine kaum zu verzeichnende Auslenkung in den Lage
rungen 7 und 9 auftritt. Wie bei Fig. 3 und 4 ist auch hier die Auslenkung mit und oh
ne Schwingungsdämpfung mit gestrichelter bzw. voller Linie dargestellt.
Eine Regelung der aktiven Dämpfung von Kontaktschwingungen kann in vorteilhafter
Weise mit Hilfe eines an sich bekannten Regelkreises arbeiten. Ein Sensor erfaßt da
bei die Ist-Werte der vorhandenen Schwingungen der Walzen. Diese Werte werden
einer Steuerrechnereinheit zur Ermittlung von Stellgrößen für die aktive Dämpfung auf
grund eines Abgleiches der Ist-Werte mit vorgegebenen Soll-Werten weitergegeben.
Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde in den Figuren auf zeichnerische Darstellung der
Regelung verzichtet.
Claims (16)
1. Verfahren zur Dämpfung von Kontaktschwingungen rotierender Walzen in einer
Papiermaschine, insbesondere aber in einer Streicheinrichtung, wobei die Walzen
stirnseitig in Lagerungen gehalten werden und mindestens zwei Walzen miteinan
der einen Nip bilden, (wobei eine der nipbildenden Walzen abschwenkbar oder
abfahrbar ist),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfung aktiv erfolgt wobei die aktive Anregung (phasenversetzte Gegen
schwingung) von außen direkt und/oder indirekt auf wenigstens eine Lagerstelle
einer Walze wirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die direkte aktive Anregung auf wenigstens eine stirnseitige Lagerstelle (Führer-
und/oder Triebseite) eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die indirekte aktive Anregung über den Anschwenkmechanismus der anschwenk
baren Walze eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gegenschwingung eine Sinusschwingung ist oder eine impulsartige Schwin
gungscharakteristik aufweist.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur aktiven Dämpfung Aktuatoren mit einer Dämpfungsfrequenz gemäß f = 1/T
verwendet werden, wobei T (Schwingungsdauer) ein ganzzahliges Vielfaches von
der zu dämpfenden Schwingung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur indirekten Dämpfung der Dämpfungsaktuator in Reihe mit jenem Aktuator ge
schaltet ist, der die Verschwenkbewegung der verschwenkbaren Walze ausführt,
wobei sich deren beider Hübe addieren.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
solche Aktuatoren für die aktive Anregung verwendet werden, die auf einem ther
mischen, hydraulischen, pneumatischen, elektrischen, elektromagnetischen, ma
gnetischen, magnetostriktiven oder piezoelektrischen Wege arbeiten.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wirkrichtung der aktiven Anregung im wesentlichen der radialen Verbindungs
linie zwischen den Rotationsachsen der nipbildenden Walzen entspricht.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktive Dämpfung mit Hilfe eines Regelkreises arbeitet, wobei ein Sensor die
ungewollten Schwingungen der Walzen erfaßt und diese einer Steuerungsrech
nungseinheit zur Ermittlung von Stellgrößen für die aktive Dämpfung aufgrung ei
nes Abgleiches der Ist-Werte mit vorgegebenen Soll-Werten weitergibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Dämpfungsaktuator mit einem eigenen Regelkreis arbeitet, wobei diese auf
einander abgestimmt werden.
11. Vorrichtung zur Dämpfung von Kontaktschwingungen von sich drehenden Walzen
in einer Papiermaschine, insbesondere in einer Streichmaschine
- - mit mindestens zwei Walzen, die gegeneinander gepreßt miteinander einen Nip bilden,
- - die Walzen sind stirnseitig in Lagerungen gehalten,
- - eine der nipbildenden Walzen ist abschwenkbar ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß Aktuatoren (10, 11, 12) vorgesehen sind, die eine aktive Anregung (phasenversetzte Gegenschwingung) von außen direkt und/oder indirekt auf wenigstens eine Lager stelle (7, 9) einer Walze (1, 2, 13, 14) einleiten.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
an diejenige Walze, die eine aktive Anregung (Gegenschwingung) erfährt, nur ein
Aktuator an Führer- und/oder Triebseite gekoppelt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
an diejenige Walze, die eine aktive Anregung erfährt, zwei Aktuatoren gekoppelt
sind, deren Wirkrichtungen im wesentlichen senkrecht aufeinander treffen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die miteinander einen Nip bildenden Walzen (1, 2, 13, 14) jeweils mit einem Aktuator
versehen sind, deren Wirkrichtung vorzugsweise gegen den Nip verläuft.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Aktuator (12) an den Anschwenkmechanismus (5) der anschwenkbaren Walze
(2) gekoppelt ist, wobei der Aktuator (12) in Reihe mit dem Schwenkaktuator (8)
geschaltet ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Regelkreis mit wenigstens einem Sensor und einer Steuerungsrechnereinheit
zur Regelung der aktiven Dämpfung vorgesehen ist.
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