DE19944652B4

DE19944652B4 - Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung und Lageranordnung für eine Walzenanordnung

Info

Publication number: DE19944652B4
Application number: DE19944652A
Authority: DE
Inventors: Jürgen BLUM; Rüdiger Sontheimer
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: DE19944652A1; SE0003121D0; SE0003121L; SE519417C2

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung (1), die den Trockenzylinder oder die Thermowalze in einer Papiermaschine umfaßt, 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 (T_I) des Innenrings (3) des Lagers (2);
b) Messen der Temperatur (T_A) des Außenrings (4) des Lagers (2);
c) Bilden der Differenz (Δ T) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (T_I, T_A);
d) Zuleiten des Differenzsignals (Δ T) an eine Regeleinrichtung (6);
e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebenen maximale Temperaturdifferenz (Δ T_max) nicht überschritten wird,
wobei der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Mediums (5) ist, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung (1) geleitet...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung, die den Trockenzylinder oder die Thermowalze in einer Papiermaschine umfaßt, 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 zur Durchführung des Verfahrens.
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.

Weiterhin ist es aus der JP 5-126145 (A) und aus der JP 5-306712 (A) bekannt, im Bereich der Lagerringe Heizelemente anzuordnen und die Temperatur von Innen- bzw. Außenring zu überwachen. Mittels einer Steuerung kann die Temperaturdifferenz zwischen den Lagerringen innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten werden. Hierzu werden die Heizelemente mit Strom versorgt, so daß die entsprechenden Bereiche der Lagerringe erwärmt werden können.

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 (T_I) des Innenrings (3) des Lagers (2);
b) Messen der Temperatur (T_A) des Außenring (4) des Lagers (2);
c) Bilden der Differenz (Δ T) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (T_I, T_A);
d) Zuleiten des Differenzsignals (Δ T) an eine Regeleinrichtung (6);
e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebene maximale Temperaturdifferenz (Δ T_max) nicht überschritten wird, wobei der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Mediums (5) ist, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung (1) geleitet wird und/oder die Menge und/oder die Temperatur des Öles ist, das zur Schmierung durch das Lager geleitet 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.

Hierzu wird alternativ die Menge und/oder die Temperatur des Mediums, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung geleitet wird, eingesetzt bzw. die Menge und/oder die Temperatur des Öles, das zur Schmierung durch das Lager geleitet wird.

Gemäß der ersten Möglichkeit ist also vorgesehen, daß beim übergroßen Anwachsen der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring die Temperatur des Temperiermediums abgesenkt oder seine Menge reduziert wird. Im zweiten Falle ist vorgesehen, daß dann, wenn sich eine übergroße Temperaturdifferenz einzustellen droht, mehr Schmiermittel durch das Lager gefördert werden kann.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß mindestens ein Meßwert der gemessenen Temperaturen (T_I, T_A) 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) zur Durchführung des Verfahrens 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 (T_I, T_A).

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 (T_A) drahtlos überträgt.

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.
1 zeigt den Schnitt durch eine Walzenanordnung, in
2 ist schematisch das Zusammenwirken der Walzenanordnung mit einer Steuer- und Überwachungseinheit skizziert.
Die in 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 2 hervorgeht, wird die Temperatur T_A des Außenrings 4, die durch den Temperatursensor 8 gemessen wird, und die Temperatur T_I 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 = T_I – T_A 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 T_I als auch die Temperatur T_A sowie die Temperaturdifferenz Δ T – abgefragt werden. Dies erfolgt bevorzugt für eine Vielzahl von Lagerstellen, von der in 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 T_max versorgt, der die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring darstellt. Genauso kann natürlich vorgesehen werden, daß die Regeleinrichtung 6 die beiden Temperatursignale T_I und T_A 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 T_max 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 T_max abgesunken ist. Eine weitere alternative oder additive Möglichkeit ist es, über ein Heizelement 12 (siehe 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.

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
T_I: Temperatur des Innenrings
T_A: Temperatur des Außenrings
Δ T: Temperaturdifferenz = T_I – T_A
Δ T_max: maximale Temperaturdifferenz

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung (1), die den Trockenzylinder oder die Thermowalze in einer Papiermaschine umfaßt, 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 (T_I) des Innenrings (3) des Lagers (2); b) Messen der Temperatur (T_A) des Außenrings (4) des Lagers (2); c) Bilden der Differenz (Δ T) der gemäß Schritt a) und b) gemessenen Temperaturen (T_I, T_A); d) Zuleiten des Differenzsignals (Δ T) an eine Regeleinrichtung (6); e) Beeinflussen der Prozeßparameter der Walzenanordnung (1), so daß eine vorgegebenen maximale Temperaturdifferenz (Δ T_max) nicht überschritten wird, wobei der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Mediums (5) ist, das zur Temperierung durch die Walzenanordnung (1) geleitet wird und/oder wobei der zu beeinflussende Prozeßparameter die Menge und/oder die Temperatur des Öles ist, das zur Schmierung durch das Lager geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßwert der gemäß Schritt a) oder b) nach Anspruch 1 gemessenen Temperaturen (T_I, T_A) drahtlos übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Induktion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Funk erfolgt.
Lageranordnung (2) für eine Walzenanordnung (1) in einer Papiermaschine, die einen Trockenzylinder oder eine Thermowalze umfaßt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 (T_I, T_A), 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 (T_A) drahtlos überträgt.
Lageranordnung nach Anspruch 5, 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.
Lageranordnung nach Anspruch 5 oder 6, 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.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (7, 8) mit einem Meßaufnehmer (10) drahtlos in Verbindung steht.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Induktion erfolgt.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Übertragung durch Funk erfolgt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensammelstelle (9) mit einer Einheit zur Datenfernübertragung (11) in Verbindung steht.