DE4232920A1

DE4232920A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsminderung an walzenförmigen Arbeitsorganen

Info

Publication number: DE4232920A1
Application number: DE19924232920
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Sc Techn Seidel; Reinhard Dr Ing Blochwitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-03-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwingungsmin derung an walzenförmigen Arbeitsorganen in Papiermaschinen, Rollenpressen so wie Kaltwalzwerken und anderen walzenförmigen Anlagen zum Herstellen von Platten, Blechen, Profilen und Flachformgütern, zum Verdichten von Gutströmen und zum Zerkleinern.

Die Wirkungsweise der walzenförmigen Arbeitsorgane bei diesen Anwendungsbei spielen ist gleich.

Papiermaschinen bestehen aus den Maschinengruppen Stoffanlauf, Siebpartie, Pressenpartie, Trockenpartie, Glättwerk und Aufrollung. Die Preßpartien kön nen bei ihrem Einsatz eine intensive Eigenbewegung ihrer Bauteile infolge Selbsterregung zur Folge haben. Im VDI-Bericht 957, 1992, berichten Dipl.- Ing. Grunau und Prof. Wölfel über den Selbsterregungsmechanismus und theore tische sowie experimentelle Grundlagen zur Minderung der Schwingungsbewegung der Pressenpartie. Als Minderungsmaßnahmen werden auf S. 201 u. a. die Erhö hung der Dämpfung, die Verminderung der Steifigkeit der Kontaktschicht, die richtige Abstimmung der Bauteilumlauffrequenzen und die Steigerung des Pla stizitätswiderstandes genannt.

Rollenpressen werden für das Zerkleinern von Zementklinker, Hochofenschlacke, Erz, Quarzit, Kalkstein, Kohle und einer Vielzahl anderer spröder Stoffe ein gesetzt. Das von oben zugeführte Material wird von zwei mit gleicher Drehzahl gegenläufig rotierenden Walzen erfaßt und zerkleinert. Eine der Walzen ist mit ihrem Lagergehäuse fest mit dem Walzenstuhl verbunden. Die Lagerung der zweiten Walze ist verschiebbar in einem Abstützsystem. Während des Einsatzes der Rollenpressen kommt es zur Anfachung selbsterregter Schwingungen, die u. a. zur Lärmbelästigung und zur Leistungsbeeinträchtigung der Zerkleinerungs anlage führen. Im VDI-Bericht Nr. 957, 1992, berichtet Prof. Troeder über den Selbsterregungsmechanismus und theoretische und experimentelle Grundlagen zur Minderung der Schwingungen. Als Maßnahmen zur Schwingungsminderung wird von ihm auf Seite 238 u. a. die Dämpfungserhöhung, Eigenfrequenzverstimmung oder Änderung der Prozeßparameter genannt.

Der Einsatz von Kaltwalzwerken ist durch die Wechselwirkung zwischen zwei entgegengesetzt zueinander mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit drehender Wal zen und dem im Walzenspalt befindlichen Verarbeitungsgut gekennzeichnet. Da bei kommen mehrgerüstige Walzanlagen zum Einsatz. Während des Betriebes die ser Walzanlagen werden selbsterregte Schwingungen, sogenannte "Brummer", an gefacht, die zu Qualitäts- und Leistungseinbußen führen und wegen ihrer Hef tigkeit und der Geschwindigkeit ihres Aufklingens sehr gefürchtet sind. Im VDI-Bericht 957, 1992, berichtet Dr.-Ing. Hanl über den Selbsterregungsmecha nismus und theoretische sowie experimentelle Grundlagen zur Minderung der In tensität der Brummerschwingungen. Nach seiner Meinung sind auf Seite 217 durch anlagentechnische Maßnahmen allein Schwingungen i.a. nicht zuverlässig vermeidbar. Durch geeignete Mustererkennungsverfahren identifiziert er in der Entstehungsphase die Schwingungen und bekämpft sie mittels automatischen Pro zeßeingriff.

Beim Einsatz von Leiterplatten-Walzwerken schlägt Prof. Stühler im gleichen VDI-Bericht auf Seite 247 zur Reduzierung der Eigenschwingungen den Einsatz einen Relativdämpfer für die Ankupplung an die Walze vor, der ähnlich einem Tilger aufgebaut ist, bei dem jedoch zwischen seiner Drehmasse und der Walze eine hochviskose Flüssigkeit als schwingungsgeschwindigkeitsproportionale Dämpfung verwendet wird.

In allen wichtigen Arbeiten über walzenförmige Arbeitsorgane wird nicht die sinnvolle Festlegung der Schwingungsrichtung der Walzen am Ort der Wechsel wirkung mit dem Verarbeitungsgut zur Schwingungsminderung erwähnt.

Eine sinnhafte technische Lösung zur Schwingungsminderung bei diesen Beispie len fehlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwin gungsminimierung mit vertretbaren Kosten an walzenförmigen Arbeitsorganen an zugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die Schwingungsrichtung am Kontakt der Preßwalzen mit dem Verarbeitungsgut defi niert festgelegt wird. Das ist dadurch erreichbar, daß die Träger-, Antriebs- und Übertragungsorgane der Walzen so dimensioniert werden, daß Schwingungen mit minimaler Schwingungsintensität auftreten. Am größten ist die Dämpfung zwischen den Walzen und dem Verarbeitungsgut, wenn der Schwingungswinkel ϕ zwischen dem Vektor der Bewegungsrichtung des Verarbeitungsgutes an einem repräsentativen Punkt I und dem Vektor q_W der Eigenbewegung der Walzen an diesem Punkt im Durchschnitt wesentlich kleiner als 90° ist und sich dem Wert ϕ = 0° annähert. Der Wert ϕ = 0° darf nicht erreicht werden, da sonst die Dämpfungsverhältnisse umkippen können, ein Wert ϕ 180° auftritt und es zur Schwingungsanfachung kommt.

Der Winkel ϕ, bei dem es zur Schwingungsanfachung kommen kann, ist von sehr vielen Faktoren abhängig. Der Schwankungsbereich liegt etwa im Bereich ϕ = 90° ± 30. Bei fehlenden zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen wird demnach ein Walzwerk bereits bei ϕ = 60° und im günstigsten Fall erst bei ϕ < 120° zu Schwingungen angefacht werden. Nun kann bei zukünftiger sinnvoller Gestaltung es möglich sein, daß bei den einzelnen Eigenfrequenzen der Schwingungswinkel z. B. im Bereich ϕ = 90° . . . 180° liegt. Im konkreten Beispiel kann das Walzwerk mit Eigenschwingungsformen im Bereich ϕ = 60° . . . 90° immer noch zu selbsterregten Schwingungen angefacht werden. Zur Vermeidung dieser Schwingung bezieht sich vorrichtungsmäßig die Erfindung darauf, daß Gestänge und Dämpfer angeordnet werden. Die Wirkungsrichtung dieser Teile fällt im o.g. Beispiel in Richtung des Winkels ϕ = 75° als dem Mittelwert des Schwankungsbereiches ϕ = 60° . . . 90°. Die mit den Walzengehäusen oder Wal zenstuhl verbundenen Gestänge sind mit dem Fundament oder benachbarten Wal zenstühlen verbunden. Die Wirkungsrichtung der Dämpfer ist durch eine Steuer einrichtung einstellbar. Dazu sind an den Walzengehäusen Schwingungsaufnehmer befestigt, die signalmäßig mit der Steuereinrichtung verbunden sind. Die Ge stänge mit den Dämpfern stützen sich über Gleitsteine an mit dem Fundament verbundene Kreisbogensegmente ab. Zum Ändern der Wirkrichtung der Dämpfer be findet sich zwischen den Gleitsteinen und dem Fundament Stell- und Wegmeß einrichtungen, die signalmäßig mit der Steuereinrichtung verbunden sind.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1 kinematische Verhältnisse im Walzenspalt,

Fig. 2 Ansicht einer Pressenpartie,

Fig. 3 Ansicht A-A zu Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ansicht nach Fig. 2,

Fig. 5 steuerungstechnische Anlage.

Fig. 1 zeigt das Verarbeitungsgut 1 mit den beiden Walzen 2 und 3. In den Na ben 4 und 5 sind die Träger-, Antriebs- und Übertragungsorgane dieser Walzen, die nicht eingezeichnet sind, angelenkt. Die Umfangsgeschwindigkeit v_u der Walzen hat ein Hindurchziehen des Gutes mit der Geschwindigkeit v_B zur Folge.

Im Punkt I soll der Schwerpunkt der Belastung zwischen den Walzen und dem Verarbeitungsgut sein. Hier wird das Koordinatensystem x-y hineingelegt, wo bei die x-Achse mit dem Vektor der Geschwindigkeit v_u identisch ist. Bei den Schwingungswegen q_W = q_W1 tritt am Punkt I der Schwingungswinkel ϕ = ϕ₁ 90° und bei den Schwingungswegen q_W = q_W2 der Schwingungswinkel ϕ = ϕ₂ 90° auf. Die Dämpfung zwischen den Walzen und dem Verarbeitungsgut ist am größten wenn der Winkel nahe bei 0° liegt. Der Wert ϕ = 0° darf jedoch nicht erreicht werden. Aus diesen Darlegungen folgt, daß beide Walzen schwingungsrichtungs mäßig unabhängig voneinander abzustimmen sind.

Fig. 2 zeigt zwei Walzenstühle 6 und 7 mit den Walzen 8 bis 11. Die Walzen 9 und 10 sind über das Gestänge 12 mit Dämpfer 14 und die Walzen 8 und 11 über das Gestänge 13 mit Dämpfer 15 miteinander verbunden.

Fig. 3 zeigt zusätzlich die gesonderten Anpreßeinrichtungen 16 und 17 der Walze 8.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, womit die Wirkungsrichtung der Dämpfer zur Minimierung der Schwingungsbewegung einstellbar ist. Am Lagergehäuse der Walzen 8 und 9 sind in geeigneter Weise die Schwingungsaufnehmer 18 bis 21 befestigt. In vertikaler Richtung stützen sich die Walzen 8 und 9 über die Gestänge 22 und 23 mit Dämpfer 24 und 25 am Fundament 26 ab. Weiterhin sind an den Walzengehäusen der Walzen 8 und 9 oder in deren Nähe die Gestänge 27 bis 30 mit den Dämpfern 31 bis 34 angeordnet, die sich über die Gleitsteine 35 bis 39 an den mit dem Fundament 26 oder an Walzenstühlen 6 und 7 verbun dene Kreisbogensegmente 39 bis 42 abstützen. Zwischen den Gelenken 43 bis 46 der Gleitsteine 35 bis 39 und z. B. dem Fundament 26 sind die Stell- und We gemeßeinrichtungen 47 bis 50 angeordnet.

Die Schwingungsaufnehmer 18 bis 21 sind signalmäßig gemäß Fig. 5 mit einer Steuereinrichtung 51 verbunden, die die Stellsignale für die Stell- und Weg meßeinrichtungen 47 bis 50 liefern, so daß die Schwingungsbewegung der Walzen auf ein Minimum reduziert wird.

Verwendete Bezugszeichen

1 Verarbeitungsgut
2, 3 Walzen
4, 5 Naben
6, 7 Walzenstühle
8 bis 11 Walzen
12, 13 Gestänge
14, 15 Dämpfer
16, 17 Anpreßeinrichtung
18 bis 21 Schwingungsaufnehmer
22, 23 Gestänge
24, 25 Dämpfer
26 Fundament
27 bis 30 Gestänge
31 bis 34 Dämpfer
35 bis 38 Gleitsteine
39 bis 42 Kreisbogensegmente
43 bis 46 Gelenke
47 bis 50 Stell- und Wegmeßeinrichtung
51 Steuereinrichtung

Claims

1. Verfahren zur Schwingungsminderung an walzenförmigen Arbeitsorganen die aus Preßwalzen (2) und (3) mit den Naben (4) und (5) zur Aufnahme ihrer Träger-, Antriebs- und Übertragungsorgane oder aus Walzenstühlen (6) und (7) mit den Walzen (8) bis (11) und Anpreßeinrichtungen (16) und (17) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungswinkel zwi schen dem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit v_u der Walzen an dem Schwer punkt I der Belastung an den Walzen und dem Vektor der Eigenbewegung q_W im Durchschnitt wesentlich kleiner als ϕ = 90° mit dem Schwankungsbe reich ϕ = 60° . . . 120°, jedoch nicht ϕ = 0° gewählt wird.

2. Vorrichtung zur Durchsetzung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß mit der Wirkungsrichtung in Schwingungsrichtung der Walzenpunkte I Gestänge (12) und (13) mit Dämpfer (14) und (15) zwischen Walzen (9) und (10) sowie (8) und (11) von benachbarten Walzenstühlen (6) und (7) oder Gestänge (22) und (23) sowie (27) bis (30) mit Dämpfer (24) und (25) sowie (31) bis (34) zwischen den Walzen (8) und (9) und einem Fundament (26) oder an Walzenstühlen (6) und (7) angeordnet sind.

3. Vorrichtung zur Schwingungsminderung von nach Anspruch 2 dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Fundament (26) oder den Walzenstühlen (6) und (7) und den Gestängen (27) bis (30) Kreisbogensegmente (39) bis (42) mit darin geführten und mit den Gestängen (27) bis (30) verbundene Gleitsteine (35) bis (38) angeordnet sind, die gelenkig über Stell- und Wegmeßeinrichtungen (47) bis (50) mit dem Fundament (26) verbunden sind, daß sich in geeigneter Weise an den einzelnen Walzen Schwingungsaufneh mer (18) bis (21) angeordnet sind und daß diese Aufnehmer signalmäßig mit über die Stell- und Wegmeßeinrichtungen (47) bis (50) verdrahtete Steuereinrichtung (51) verbunden sind.