DE3316008C2 - - Google Patents
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
- D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
- D21F1/02—Head boxes of Fourdrinier machines
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- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Paper (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung der
durch Fremdvibrationen entstehenden Schwingungen des
Stoffauflaufgehäuses einer Papiermaschine, welche eine Schwingungen
absorbierende Einrichtung umfaßt.
Schwankungen im Basisgewicht von Papier in
Maschinenrichtung war bei der Herstellung von hochwertigem
Feinpapier und daraus hergestellten Papierbögen schon immer
ein ernstes Problem. Die Basisgewichtschwankung kann von
Vibrationen des Stoffauflaufgehäuses mit erzwungenen oder
natürlichen Frequenzen herrühren, wobei diese Vibrationen
von in der Nähe des Stoffauflaufgehäuses gelegenen
Vibrationsquellen her übertragen werden. Vibrationen des
Stoffauflaufgehäuses müssen vermieden werden, wenn man
hochwertige, einheitliche und ein gleichförmiges
Basisgewicht aufweisende Papierbögen herstellen möchte, und
die Papierbahn muß während der gesamten Produktion
überwacht werden, insbesondere deren Flächengewicht.
Vorrichtungen zur Beseitigung von Schwingungen gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 sind aus "Pulp and Paper
Canada", Nr. 12, Dezember 1979, Seiten 101 bis 104,
bekannt. Schwingungen, insbesondere Schallschwingungen,
können dabei durch Interferenz, Absorption oder Reflexion
beseitigt oder gedämpft werden. Bei der Beseitigung durch
Interferenz wird einer Schwingung eine andere derselben
Frequenz und Amplitude überlagert, jedoch um eine halbe
Wellenlänge versetzt. Dies funktioniert jedoch nur
innerhalb eines kleines Frequenzbereiches
zufriedenstellend. Bei der Absorption wird Schwingung in
Wärme überführt. Die Dämpfung der Schwingung erfolgt dabei
über einen weiten Frequenzbereich, jedoch ist die Reduktion
der Amplitude gering. Die Schwingungsbeseitigung durch
Reflexion wirkt über einen weiten Frequenzbereich und zeigt
eine starke Abnahme der Amplitude.
Schwingungstilger, welche Resonanzschwingungen rein
dynamisch bekämpfen, sind aus Lueger, Lexikon der
Fahrzeugtechnik, Band 12, Seite 591, Ziffer 6, bekannt.
Dazu ist ausgesagt, daß man bei einem Drehschwingungs-
System am freien Ende eine zusätzliche Masse elastisch
ankoppeln und so abstimmen kann, daß das übrige System bei
einer bestimmten Drehzahl vollkommen schwingungsfrei
bleibt. Nachteilig ist, daß die Wirkung nur bei einer
bestimmten Drehzahl eintritt, und außerdem, daß durch die
Zusatzmasse eine weitere Eigenfrequenz entsteht. Dieser
Nachteil läßt sich vermeiden, indem die Zusatzmasse als
kurzes Pendel an ein rotierendes Teil des Systems angehängt
wird. Durch die Fliehkraft ändert sie ihre Eigenfrequenz
proportional der Drehzahl.
Ferner sind aus der US-PS 34 87 720 eine Einrichtung zum
Dämpfen von Biegeschwingungen einer rotierenden Bohrstange,
und aus der US-PS 40 47 676 eine schwingungsgedämpfte
Wickelvorrichtung bekannt.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,
Schwingungsenergie des Stoffauflaufgehäuses einer Papiermaschine rein
dynamisch zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
Das Stoffauflaufgehäuse, in der Praxis meistens
Stoffauflaufkasten genannt, weist mehrere
Starrkörpervibrationen natürlicher Frequenzen in
Translations- und rotierenden Formen sowie mehrere
abgewandelte, natürliche Frequenzen auf. Diese natürlichen
Frequenzen hängen sehr von den Gegebenheiten an den
Montageanschlüssen des Stoffauflaufgehäuses ab.
Vibrationserregerquellen können bei Frequenzen arbeiten,
welche nahe bei diesen natürlichen Frequenzen liegen und
können die Vibrationen entweder durch Flüssigkeitsströme
oder durch die mechanische Konstruktion selbst auf das
Stoffauflaufgehäuse übertragen.
Die dominierende mechanische Vibrationsfrequenz kann genau
gemessen werden. Dies wird durch Mittel zur Beobachtung der
Faserlage auf der Papierbahn gemacht. Wenn die Faserlage
durch Fremdvibratinsquellen gestört wird, ergeben sich in
der Papierbahn ungleichmäßige Faserablagerungen, die zu
Streifen führen, welche sich quer über die Breite der
Papierbahn erstrecken. Die im Stoffauflaufgehäuse
erscheinenden Frequenzen können optisch durch Abmessen der
Zwischenräume zwischen diesen Streifen bestimmt werden.
Die von externen Vibrationsquellen herrührenden Vibrationen
erregen das Stoffauflaufgehäuse nicht notwendigerweise mit
einer natürlichen Frequenz. Die Vibrationen können starren
Konstruktionsteilen aufgezwungen werden. Es ist demzufolge
nicht nötig, Maßnahmen betreffend einer kritischen Dämpfung
der Vibrationserregung oder für eine sehr begrenzte
Dämpfung vorzusehen. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn
die Dämpfungscharakteristik irgendwo zwischen den beiden
liegt. Wichtig ist, daß der dynamische Absorber bzw.
Schwingungstilger am Stoffauflaufgehäuse einen Knoten
bildet und dadurch Energie selbst bei erzwungenen
Vibrationsfrequenzen absorbiert.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Darin zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Stoffauflauf
gehäuses mit einer Vorrichtung nach der
Erfindung,
Fig. 2 eine Rückenansicht der Anordnung von Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise in Seitenansicht und
teilweise im Schnitt in vergrößertem Maß
stab dargestellte Ausführungsform der
Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2,
Fig. 4 eine teilweise in Seitenansicht und teil
weise im Schnitt gezeigte weitere Aus
führungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung,
Fig. 5a-5d
graphische Darstellungen von Schwingungs
amplituden in Abhängigkeit von Frequenzen
zur Erläuterung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schwenkbare Stoffauflaufanordnung, sowohl
selbstverständlich die Vorrichtung nach der Erfindung in
Verbindung mit jeder Art von Stoffauflaufanordnung ver
wendet werden kann, welche Fremdvibrationen ausgesetzt ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten besonderen Ausführungsform
enthält die Stoffauflaufanordnung ein Stoffauflaufgehäuse
10 mit einer hydraulischen Stoffauflaufkammer 11 und einer
Stoffabgabekammer, welche in einer Abgabemündung 12 endet,
über welche der Stoff bzw. die Fasersuspension auf ein
bewegtes Sieb 13 abgegeben wird, welches über eine Walze 14
läuft. Die Stoffauflaufanordnung ist um eine Schwenkachse
15 schwenkbar, die in einem am Boden 17 befestigten Lager
16 gelagert ist. Dadurch ist eine begrenzte Schwenkbewegung
um die Schwenkachse 15 mittels einer Hebevorrichtung 18
möglich, die am Boden 17 befestigt ist.
Die Stoffauflaufanordnung von Fig. 1 ist verschiedenen
Vibrationsarten in verschiedenen Ebenen ausgesetzt. Es gibt
eine Vibration, welche durch das hydraulische System in
Maschinenrichtung übertragen wird, und andere
Vibrationsquellen, deren Vibrationen in Maschinenquer
richtung kompensiert werden müssen. Eine nochmals weitere
Vibrationsquelle ist durch Schüttelbewegungen des
Stoffauflaufgehäuses um die Schwenkachse gegeben.
Zur Verringerung der nachteiligen Wirkung dieser
verschiedenen Vibrationsenergiequellen auf die
Faserablagerung ist das in Fig. 1 gezeigte
Stoffauflaufgehäuse mit drei Sätzen 19, 20, 21 von
Schwingungstilgern versehen. Der erste Satz 19 ist an der
Gehäuserückseite angeordnet und wirkt Vibrationen in
Maschinenlängsrichtung entgegen. Ein zweiter Satz 20 dient
zur Kompensation von Vibrationen in einer Vertikalebene.
Der dritte Satz 21 dient zur Erfassung von Vibrationen in
horizontaler Maschinenquerrichtung.
Der erste Satz 19 von Schwingungstilgern für Vibrationen
in Maschinenlängsrichtung ist deutlicher in Fig. 2
dargestellt. Aus dieser Figur geht hervor, daß dieser Satz
19 eine Reihe von drei Schwingungstilgern aufweist, die
auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind. Der erste
Schwingungstilger besteht aus einem Gewicht 22, das an
einem Paar von elastischen Stützen 23 und 24 befestigt
ist, welche von Bügeln 25 und 26 gehalten werden. Der
mittlere Schwingungstilger kann ein geringfügig größeres
Gewicht 27 aufweisen, welches an einem Paar von elastischen
Stützen 28 und 29 befestigt iswt, die von Bügeln 30 und 31
gehalten werden. Schließlich besteht der dritte Vibrationen
absorbierende Schwingungstilger aus einem noch größeren
Gewicht bzw. einer noch größeren Masse 32, die an einem
Paar von elastischen Stützen 33 und 34 zwischen Bügeln 35
und 36 befestigt ist. Diese endseitige Anordnung ist
deutlicher in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser Figur geht
hervor, daß die elastischen bzw. federelastischen Stützen
33 und 34 innerhalb der Bügel 35 und 36 mit Stellschrauben
37 und 38 in ihrer Lage fixiert sind.
Die Kombination von dem Gewicht 32 und den federelastischen
Stützen 33 und 34 bilden praktisch eine Feder- und Dämpfer-
Anordnung, welche über einen begrenzten Frequenzbereich
Vibrationsenergie absorbieren kann.
Aus Fig. 5a ist eine idealisierte Situation ersichtlich,
bei welcher die Amplitude von Vibrationen des
Stoffauflaufgehäuses bei einer einzigen Frequenz fc einen
Spitzenwert hat. Durch Verwendung eines einzigen, auf die
Frequenz fc getunten bzw. abgestimmten Schwingungstilgers,
beispielsweise 27, 28, 29, 30, 31, werden zwei Seitenbänder
mit den Frequenzen f 1 und f 2 erzeugt, wie dies in Fig. 5b
dargestellt ist. Die Frequenzen der Seitenbänder sind von
den mechanischen Eigenschaften des verwendeten
Schwingungstilgers abhängig. In jedem Falle wird die
Vibrationsamplitude auf einen annehmbaren Wert reduziert.
In der Praxis vibriert das Stoffauflaufgehäuse jedoch
normalerweise mit einer Vielzahl von ähnlichen Amplituden
verschiedener Frequenzen in einem ziemlich engen
Frequenzband, wie dies in Fig. 5c gezeigt ist. Wenn nun
drei Schwingungstilger verwendet werden, von welchen der
erste auf die Mittelfrequenz fc und die beiden anderen auf
die theoretischen Seitenbandfrequenzen f 1 und f 2 abgestimmt
sind, von welchen man weiß, daß sie vom ersten
Schwingungstilger erzeugt werden, dann wird die
Vibrationsamplitude sehr stark entsprechend Fig. 5d
reduziert, so daß Vibrationen kein Problem mehr darstellen.
Zurückkommend auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß der mittlere
Schwingungstilger mit dem Gewicht 27 auf die Grundfrequenz
abgestimmt werden kann, während der Schwingungstilger auf
der linken Seite auf ein niedrigeres Seitenband bzw. auf
eine Differenzfrequenz abgestimmt und der rechte
Schwingungstilger auf ein höheres Band bzw. auf eine
Summenfrequenz abgestimmt wird.
Das Abstimmen oder Tunen der in den Fig. 2 und 3 gezeigten
Anordnungen kann entweder durch Veränderung der Menge an
Masse oder durch Änderung der effektiven Länge der
elastischen Stützen beispielsweise 33 und 34 erfolgen.
Diese Stützen bestehen aus einem federelastischen Material
wie beispielsweise Butylgummi oder Neopren, da diese
Materialien nicht nur als Federn dienen, sondern auch in
sich selbst Vibrationen absorbieren.
Nun wieder zurück zu Fig. 1, in welcher der Vibrationen
absorbierende Satz 20 von Schwingungstilgern so angeordnet
ist, daß er Vibrationen in Vertikalrichtung absorbieren
kann. Er enthält ein Paar Gewichte 41 und 42, welche von
elastischen Stützen 43 und 44 getragen werden, die starr an
Bügeln 45 befestigt sind, die ihrerseits auf der Oberseite
des Stoffauflaufgehäuses angebracht sind.
In ähnlicher Weise kann der Vibrationen absorbierende Satz
21 von Schwingungstilgern aus mehreren Schwingungstilgern
bestehen, die ein Gewicht 46 enthalten, welches an einem
Paar von elastischen Stützen 47 und 48 befestigt ist, die
ihrerseits zwischen Bügeln 49 und 50 angebracht sind. Jeder
dieser Schwingungstilger kann auf eine Grundfrequenz
abgestimmt sein, welche für die Vibrationsenergie
charakteristisch ist, die in der Ebene auftritt, in welcher
der Schwingungstilger angeordnet ist.
Eine abgewandelte Ausführungsform einer Schwingungstilger-
Vorrichtung nach der Erfindung zeigt Fig. 4 der
Zeichnungen. Diese Ausführungsform verwendet eine
Spiralfeder 51, deren Enden in Gewindebohrungen 52 und 53
aufgenommen sind, welche in einem Paar von Gewichten 54 und
55 gebildet sind. Die Feder wird in einem Montagebügel 57
mittels einer Schraube 58 gehalten. Die wirksame Länge der
Feder kann dadurch verändert werden, daß ihr Federende mehr
oder weniger weit in die Gewindebohrung 52 eingeschraubt
wird. Dadurch können die dynamischen Eigenschaften des
Schwingungstilgers in der gleichen Weise wirksam verändert
werden, wie dies bei den zuvor beschriebenen
Ausführungsformen durch Einstellung der Länge der
elastischen Stützen möglich ist.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Beseitigung der durch Fremdvibrationen
entstehenden Schwingungen des Stoffauflaufgehäuses einer Papiermaschine,
welche eine Schwingungen absorbierende Einrichtung
umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung aus wenigstens zwei
Schwingungstilgern (19, 20, 21) besteht, von denen
einer (19) den in Maschinenlängsrichtung und der
andere (21) den in Maschinenquerrichtung entstehenden
Vibrationen entgegenwirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der Schwingungstilger (19, 20,
21) auf die Grundfrequenz der Vibrationen abgestimmt
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der Schwingungstilger (19, 20,
21) auf eine Seitenbandfrequenz abgestimmt ist, die
durch Modulation des Grundfrequenz-Schwingungstilgers
erzeugt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der Schwingungstilger (19, 20,
21) auf ein niedrigeres und der andere auf ein höheres
Seitenband abgestimmt ist.
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