DE19944652A1 - Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung und Lageranordnung für eine Walzenanordnung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung und Lageranordnung für eine Walzenanordnung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung (1), insbesondere in einer Papiermaschine, die mindestens ein Lager (2) mit einem Innenring (3) und einem Außenring (4) aufweist, wobei durch die Walzenanordnung (1) ein Mittel (5) zur Temperierung bestimmter Bereiche der Walzenanordnung (1) geleitet wird. Um eine übergroße Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring zu vermeinden, weist das Verfahren die Schritte auf: a) Messen der Temperatur (T¶I¶) des Innenrings (3) des Lagers (2); b) Messen der Temperatur (T¶A¶) des Außenrings (4) des Lagers (2); c) Bilden der Differenz (DELTAT) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (T¶I¶, T¶A¶); d) Zuleiten des Differenzsignals (DELTAT) an eine Regeleinrichtung (6); e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebene maximale Temperaturdifferenz (DELTAT¶max¶) nicht überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung, insbesondere in einer Papiermaschine, die mindestens ein Lager mit einem Innenring und einem Außenring aufweist, wobei durch die Walzenanordnung ein Mittel zur Temperierung bestimmter Bereiche der Walzenanordnung geleitet wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Lageranordnung für eine Walzenanordnung, insbesondere für eine Papiermaschinenwalze.
Insbesondere im Papiermaschinenbau ist es üblich, die Trockenzylinder bzw. die Thermowalzen einer Papiermaschine zu temperieren. Zu diesem Zweck wird ein Temperierungsmittel - meist Wasserdampf oder Öl - durch die hohle Walze geleitet. Auf diese Art und Weise wird die Walze erwärmt, so daß die für eine Trocknung von Papierbahnen erforderliche Temperatur erreicht wird.
Das gesamte System, bestehend aus Lageranordnung und Walze, muß eine möglichst gleichmäßige Temperatur aufweisen, so daß thermische Spannungen vermieden werden. Da das Temperierungsmedium jedoch in das Innere der Walze geleitet wird und von dort aus sich nach außen ausbreitet, kommt es systembedingt zu einer Temperaturdifferenz zwischen dem Innenring und dem Außenring der Lageranordnung. Aus diesem Grunde muß bei der Inbetriebnahme der Papiermaschine behutsam vorgegangen werden, so daß keine übermäßige Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring auf das Lager wirkt.
Um dem vorzubeugen muß die Lagerluft der Lageranordnung entsprechend groß gewählt werden, um zu verhindern, daß es bei einer zu schnellen Erwärmung der Anordnung zu einer Verspannung des Lagers kommt. Allerdings hat eine zu große Lagerluft im stationären Betrieb wiederum negative Eigenschaften.
Aus der DE 72 00 323 U1 und aus der EP 0 571 875 B1 ist es bekannt, Temperatursensoren in Lagernähe anzubringen, so daß die aktuelle Temperatur des Lagers überwacht werden kann. Andere Vorrichtungen zur Bestimmung der Temperatur in einem Wälzlager sind beispielsweise aus der US 4 939 920 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, daß es möglich ist, temperierte Walzeneinheiten auch sehr schnell aufheizen zu können und im weiteren Betriebszustand zu überwachen, ohne daß es notwendig ist, übermäßig große Lagerluft bzw. ein übergroßes Lagerspiel zu realisieren, so daß auch im stationären Lagerbetrieb eine optimale Kraftverteilung im Lager gewährleistet ist. Dabei soll jedoch sichergestellt werden, daß keine Lagerschädigung durch zu schnelles Aufheizen der Walzenanordnung entstehen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:
  • a) Messen der Temperatur (TI) des Innenrings (3) des Lagers (2);
  • b) Messen der Temperatur (TA) des Außenring (4) des Lagers (2);
  • c) Bilden der Differenz (Δ T) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (TI, TA);
  • d) Zuleiten des Differenzsignals (Δ T) an eine Regeleinrichtung (6);
  • e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebene maximale Temperaturdifferenz (Δ Tmax) nicht überschritten wird.
Das Grundprinzip der Erfindung stellt also darauf ab, daß sowohl die Temperatur des Lagerinnenrings als auch die des Lageraußenrings überwacht wird und die sich daraus ergebende Temperaturdifferenz beobachtet wird, die einen vorgegebenen Betrag nicht überschreiten darf. Ist dies zu befürchten, stellt eine Regeleinrichtung sicher, daß die Prozeßparameter derart beeinflußt werden, daß der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring entgegengewirkt wird. Dieses Vorgehen ist bevorzugt für eine Walzenanordnung (1) vorgesehen, die den Trockenzylinder oder die Thermowalze einer Papiermaschine umfaßt.
Für die Beeinflussung der Prozeßparameter der Walzenanordnung sind verschiedene Möglichkeiten denkbar: Zum einen ist zunächst daran gedacht, daß der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Öles ist, das zur Schmierung durch das Lager (2) geleitet wird. Das bedeutet, daß im Falle dessen, daß sich eine übergroße Temperaturdifferenz einzustellen droht, mehr Schmiermittel durch das Lager gefördert werden kann. Alternativ oder additiv dazu kann vorgesehen werden, daß der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Mediums (5) ist, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung (1) geleitet wird. Hiernach ist also vorgesehen, daß beim übergroßen Anwachsen der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring die Temperatur des Temperiermediums abgesenkt oder seine Menge reduziert wird.
Da es bei der Frage, inwieweit ein Lager eine Schädigung erleidet, weitgehend nur auf die sich zwischen Innenring und Außenring einstellende Temperaturdifferenz ankommt, kann des weiteren alternativ oder additiv vorgesehen werden, daß der zu beeinflussenden Prozeßparameter ein Wärmestrom ist, mit dem der Innenring (3) oder der Außenring (4) des Lagers (2) beheizt wird. Eine schädliche Temperaturdifferenz kann also auch dadurch beseitigt werden, daß der kühlere der beiden Lagerringe beheizt wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß mindestens ein Meßwert der gemessenen Temperaturen (TI, TA) drahtlos übertragen wird; dies kann bevorzugt durch Induktion oder durch Funk erfolgen. Des weiteren ist es denkbar, die Übertragung auf optischem oder akustischem Wege vorzunehmen.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung (2) für eine Walzenanordnung (1) besteht aus:
  • - einem Innenring (3),
  • - einem Außenring (4),
  • - zwischen Innenring (3) und Außenring (4) angeordneten Wälzkörpern oder Gleitelementen und
  • - mindestens einem Temperatursensor (7, 8) zur Messung einer Temperatur (TI, TA).
Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Lageranordnung dadurch aus, daß sowohl der Innenring (3) als auch der Außenring (4) mit einem Temperatursensor (7, 8) ausgestattet ist, wobei mindestens einer der beiden Sensoren (8) als Temperatur Sensor ausgeführt ist, der die gemessene Temperatur (TA) drahtlos überträgt.
Bevorzugt umfaßt die Walzenanordnung (1) den Trockenzylinder oder die Thermowalze einer Papiermaschine.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen werden, daß die mindestens zwei Temperatursensoren (7, 8) mit einer Datensammelstelle (9) in Verbindung stehen, die vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Lageranordnung (2) angeordnet ist.
Um eine unnötige Schwächung der Lagerringe durch Einbringung der Temperatursensoren zu verhindern, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der jeweilige Temperatursensor (7, 8) in einem Bereich des jeweiligen Lagerrings (3, 4) angeordnet ist, der nicht im Hauptbelastungsbereich des Lagerringes liegt.
Die Ausführung der Lageranordnung vereinfacht sich im Falle dessen, daß mindestens ein Temperatursensor (7, 8) mit einem Meßaufnehmer (10) drahtlos in Verbindung steht. Die drahtlose Übertragung kann durch Induktion oder durch Funk erfolgen, alternativ auch auf optischem oder akustischem Wege.
Für die Möglichkeit einer Ferndiagnose an der Maschine ist bevorzugt vorgesehen, daß die Datensammelstelle (9) mit einer Einheit zur Datenfernübertragung (11) in Verbindung steht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Schnitt durch eine Walzenanordnung, in
Fig. 2 ist schematisch das Zusammenwirken der Walzenanordnung mit einer Steuer- und Überwachungseinheit skizziert.
Die in Fig. 1 zu sehende Walzenanordnung 1 ist für den Trockenzylinder einer Papiermaschine vorgesehen. Der nicht näher dargestellte Zylinder muß beheizt werden, damit die über ihn laufende Papierbahn getrocknet werden kann. Zu diesem Zwecke ist die Walze 1 hohl, so daß ein Mittel zur Temperierung 5 durch das Innere der Walze 1 hindurchströmen kann. Die Walze wird dadurch auf die gewünschte Temperatur erwärmt.
Die Lagerung der Walze 1 wird durch das Lager 2 bewerkstelligt. Dieses weist einen Innenring 3 und Außenring 4 auf. Das Lager ist im vorliegenden Falle als Wälzlager ausgeführt, so daß sich Wälzkörper zwischen Innen- und Außenring befinden. Grundsätzlich könnte es sich hier jedoch auch um ein Gleitlager handeln.
Sowohl der Innenring 3 als auch der Außenring 4 ist jeweils mit einem Temperatursensor 7 und 8 bestückt. Wie zu erkennen ist, sind die Sensoren 7, 8 dabei nicht in der Hauptbelastungszone der Lagerringe 3, 4 untergebracht, so daß die Ringe durch die Sensoren 7, 8 nicht merklich geschwächt werden. Im vorliegenden Falle steht der Außenring 4 des Lagers 2 fest, während der Innenring 3 des Lagers 2 rotiert. Da eine Temperaturmessung über den Temperatursensor 7 im Innenring 3 daher schwierig zu bewerkstelligen wäre, ist vorgesehen, daß diese Temperatur drahtlos gemessen wird. Hierzu ist ein Meßaufnehmer 10 für das drahtlose Signal vom Temperatursensor 7 vorgesehen. Die drahtlose Datenübertragung erfolgt bevorzugt durch Induktion oder durch Funk, was im Stand der Technik hinlänglich bekannt ist. Es wird exemplarisch auf die DE-OS 23 05 388 verwiesen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Temperatur TA des Außenrings 4, die durch den Temperatursensor 8 gemessen wird, und die Temperatur TI des Innenrings 3, die durch den Temperatursensor 7 gemessen und an den Meßaufnehmer 10 weitergeleitet wird, in einer Datensammelstelle erfaßt. Bereits in dieser Datensammelstelle 9 kann die Differenzbildung der beiden Temperaturen Δ T = TI - TA erfolgen. Zur Maschinenferndiagnose steht die Datensammelstelle 9 mit einer Einheit 11 für die Datenfernübertragung in Verbindung. Von dieser aus kann beispielsweise per Modem über beliebige Entfernungen der Maschinenzustand und namentlich die vorliegenden Temperaturen - sowohl die Temperatur TI als auch die Temperatur TA sowie die Temperaturdifferenz Δ T - abgefragt werden. Dies erfolgt bevorzugt für eine Vielzahl von Lagerstellen, von der in Fig. 2 nur eine einzige zu sehen ist.
Das Temperaturdifferenzsignal Δ T wird von der Datensammelstelle 9 an die Regeleinrichtung 6 weitergeleitet. Diese wird auch mit dem Wert Δ Tmax versorgt, der die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring darstellt. Genauso kann natürlich vorgesehen werden, daß die Regeleinrichtung 6 die beiden Temperatursignale TI und TA separat erhält und die Differenzbildung erst in der Regeleinrichtung erfolgt.
In an sich bekannter Weise wirkt die Regeleinrichtung 6 auf das System ein: Wird eine zu große Temperaturdifferenz Δ T festgestellt, die den vorgegebenen Maximalwert Δ Tmax übersteigt, wirkt der Regler 6 auf die Prozeßparameter der Walzenanordnung. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist hier primär daran gedacht, das Mittel 5 zur Temperierung der Walzenanordnung 1 zu beeinflussen, indem entweder seine Temperatur oder seine Durchflußmenge oder beides reduziert wird. Alternativ dazu kommt es auch in Frage, einen höheren Durchfluß an Schmiermittel durch das Lager zu leiten, bis die Temperaturdifferenz unter den kritischen Wert Δ Tmax abgesunken ist. Eine weitere alternative oder additive Möglichkeit ist es, über ein Heizelement 12 (siehe Fig. 1) den tendenziell immer zu kühlen Außenring 4 zu beheizen. Auch hierdurch wird die Temperaturdifferenz Δ T reduziert, so daß sich das Lager im unkritischen Zustand befindet.
Das Heizelement 12 kann beispielsweise duch Induktion wirken, wozu der Außenring 4 mit Kabel umwickelt sein kann. Genauso können aber auch alle anderen Arten von Heizelementen zum Einsatz kommen.
Die regelungstechnische Realisierung durch geeignete Regelalgorithmen sowie die Beeinflussung der möglichen Stellgrößen ist hinlänglicher Stand der Technik und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.
Bezugszeichenliste
1
Walzenanordnung
2
Lager
3
Innenring
4
Außenring
5
Mittel zur Temperierung
6
Regeleinrichtung
7
,
8
Temperatursensoren
9
Datensammelstelle
10
Meßaufnehmer für drahtloses Signal
11
Einheit für Datenfernübertragung
12
Heizelement für den Außenring
TI
Temperatur des Innenrings
TA
Temperatur des Außenrings
Δ T Temperaturdifferenz = TI
- TA
Δ Tmax
maximale Temperaturdifferenz

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung (1), insbesondere in einer Papiermaschine, die mindestens ein Lager (2) mit einem Innenring (3) und einem Außenring (4) aufweist, wobei durch die Walzenanordnung (1) ein Mittel (5) zur Temperierung bestimmter Bereiche der Walzenanordnung (1) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren die Schritte aufweist:
  • a) Messen der Temperatur (TI) des Innenrings (3) des Lagers (2);
  • b) Messen der Temperatur (TA) des Außenrings (4) des Lagers (2);
  • c) Bilden der Differenz (Δ T) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (TI, TA);
  • d) Zuleiten des Differenzsignals (Δ T) an eine Regeleinrichtung (6);
  • e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebenen maximale Temperaturdifferenz (Δ Tmax) nicht überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenanordnung (1) den Trockenzylinder oder die Thermowalze einer Papiermaschine umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß Schritt e) nach Anspruch 1 zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Öles ist, das zur Schmierung durch das Lager (2) geleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß Schritt e) nach Anspruch 1 zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Mediums (5) ist, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung (1) geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß Schritt e) nach Anspruch 1 zu beeinflussende Prozeßparameter ein Wärmestrom ist, mit dem der Innenring (3) oder der Außenring (4) des Lagers (2) beheizt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßwert der gemäß Schritt a) oder b) nach Anspruch 1 gemessenen Temperaturen (TI, TA) drahtlos übertragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Induktion erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Funk erfolgt.
9. Lageranordnung (2) für eine Walzenanordnung (1), insbesondere für eine Papiermaschinenwalze, bestehend aus:
einem Innenring (3),
einem Außenring (4),
zwischen Innenring (3) und Außenring (4) angeordneten Wälzkörpern oder Gleitelementen und
mindestens einem Temperatursensor (7, 8) zur Messung einer Temperatur (TI, TA),
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Innenring (3) als auch der Außenring (4) mit einem Temperatursensor (7, 8) ausgestattet ist,
wobei mindestens einer der beiden Sensoren (8) als Temperatursensor ausgeführt ist, der die gemessene Temperatur (TA) drahtlos überträgt.
10. Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenanordnung (1) den Trockenzylinder oder die Thermowalze einer Papiermaschine umfaßt.
11. Lageranordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Temperatursensoren (7, 8) mit einer Datensammelstelle (9) in Verbindung stehen, die vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Lageranordnung (2) angeordnet ist.
12. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Temperatursensor (7, 8) in einem Bereich des jeweiligen Lagerrings (3, 4) angeordnet ist, der nicht im Hauptbelastungsbereich des Lagerringes liegt.
13. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (7, 8) mit einem Meßaufnehmer (10) drahtlos in Verbindung steht.
14. Lageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Induktion erfolgt.
15. Lageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Funk erfolgt.
16. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensammelstelle (9) mit einer Einheit zur Datenfernübertragung (11) in Verbindung steht.
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