EP1275776A1 - Calender and method of arranging rolls in a calender stack - Google Patents
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- EP1275776A1 EP1275776A1 EP02014483A EP02014483A EP1275776A1 EP 1275776 A1 EP1275776 A1 EP 1275776A1 EP 02014483 A EP02014483 A EP 02014483A EP 02014483 A EP02014483 A EP 02014483A EP 1275776 A1 EP1275776 A1 EP 1275776A1
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- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
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- D21G1/0073—Accessories for calenders
- D21G1/008—Vibration-preventing or -eliminating devices
Definitions
- the invention relates to a calender with a roll stack, of two end rollers and between them has several center rollers, of which at least one has an elastic surface.
- the invention further relates to a method for arranging of rolls in a roll stack of a calender, of the two end rolls in a press plane and in between has several center rollers, at least one of which has an elastic surface, and that in operation runs at a nominal speed.
- the invention is based on a calender described, for satinizing paper or cardboard webs is used. But it is in the same way also applicable to other material webs where similar problems occur.
- the soft roller When the barring is formed, the soft roller is changed on their elastic surface. It is still did not finally clarify exactly how this change looks.
- the following options are currently accepted:
- the roller gets a ripple on the surface, i.e. a mountain and valley structure, the roller becomes polygonal or the roller gets alternately in the circumferential direction Zones of different surface quality, for example different roughness.
- Zones of different surface quality for example different roughness.
- the periodic barring formation running in the axial direction Strip on the circumference of the roller.
- Appropriate Stripes then appear on the paper web, at the latest from the time the strips become visible the paper web is to be regarded as a committee.
- the object of the invention is the service life to increase such a roller.
- This task is performed on a calender of the type mentioned at the beginning kind solved in that at least one roller with an elastic surface opposite the press plane has an offset, the size of which is selected depending on on the wavelength of a critical natural frequency inside the roll stack.
- a critical natural frequency of the calender A stack of rollers, which is made up of several rollers has one Variety of natural frequencies. Here are not the Natural frequencies of the individual rollers, such as Bending natural frequencies, meant, but the natural vibration forms, resulting from the vibrating roller masses on the spring and damper systems of the intermediate Plastic coverings of the "soft" rollers result.
- a running calender generates excitation forces Frequencies arise from multiples of the roller speeds put together. These excitation forces can Inhomogeneities, anisotropies or geometry errors (Out of roundness).
- Fluctuations in paper thickness can also occur the paper web running through the calender stimulate the roll stack.
- One in the calender incoming paper web is still before the smoothing process very rough.
- a paper web is never free of basis weight or thickness fluctuations.
- One analyzes these fluctuations with the help of an FFT analysis on their Frequencies, so you usually put a broadband Noise fixed, in which all frequencies are contained are. If one of these excitation frequencies hits one Natural frequency, so the vibration system of the Calender with increased vibrations. by virtue of the multitude of possible pathogens and the multitude of the possible forms of natural vibration constructively avoid these resonance points.
- the vibration system is so strongly damped and the excitation forces are so small that the resulting ones Swinging movements not immediately disturbing are. Emboss over a more or less long period however, these oscillating movements in the plastic coverings of the elastic rollers.
- the offset preferably causes a path length difference on the surface of the roller between two nips by a quarter wavelength.
- This approach has several advantages. First, the offset is relative small. It is usually of the order of magnitude 10 mm, often also below, so that the Offset no significant change in geometry of the roll stack results. So you can still assume that the press forces also in the press plane Act. But above all, this configuration the advantage that there is a barring formation in the critical Natural frequency does not result or at least in time is very much delayed. Here one starts from following consideration. Over time can only add up the wavelengths on one roll circumference, their integer multiple equal to the circumference of the roller is. All other wavelengths are deleted with the Time out again.
- the offset is preferably one eighth of a wavelength. You can see the path length difference on the Surface of the roller by a quarter wavelength thereby generate an eighth wavelength for each nip added (on one half of the roller) or removed (on the other half of the roller). The offset can thus be kept relatively small overall.
- the roller preferably has an adjusting device with the help of which the offset starting from a preset offset, which depends on the wavelength, is adjustable.
- an adjustment device is particularly beneficial for calenders that have multiple have critical natural frequencies. In this case you can with the originally set roll offset prevent the formation of barrings or delay based on a natural frequency. Therefore but then barrings may form that are based on a different natural frequency. If you now has the possibility to change the roll offset, then you can choose between several positions the rollers switch back and forth to all critical Natural frequencies to the formation of barrings to disturb.
- the calender has a predetermined Frequency range only a single critical natural frequency on. This can be done with constructive measures achieve, for example by selecting suitable ones Diameter combinations of the rolls. If in that critical area only a single natural frequency occurs then the fight against the barrings by the Realizing offset relatively safely.
- the task is in a method of the aforementioned Kind solved in that the natural vibrations of the calender at the nominal speed, a critical natural vibration from the natural vibrations selects one belonging to the natural vibration Wavelength determined, its integer multiple corresponds to the circumference of the roller, and the roller so offset that a path length difference on the surface the roller between two nips of a quarter wavelength arises.
- a wavelength is exactly one Natural frequency belongs, not an integral part the circumference of the roller. So there are in the neighborhood this "exact" wavelength two wavelengths, that could be critical. One wavelength results if it has an even integer is multiplied, the roll circumference. The other wavelength results if it is with odd whole Number is multiplied, the roll circumference. You choose that is, the wavelength with an odd Number multiplied gives the circumference of the roller. It has It has been shown that a longer service life of the elastic rollers achieved.
- the natural frequency is preferably divided by the Rotational frequency of the roller and receives a theoretical Barring number as quotient, whereby the multiple is the next is an integer of the theoretical Barring number.
- the roller is preferably offset by one eighth of a wavelength. As explained above in connection with the calender, is this enough to put both nips together a path length difference of a quarter wavelength to effect.
- the set offset is preferably changed. With this you also have the calender in operation, if necessary during breaks, a possibility of correction.
- Fig. 1 shows schematically a calender 1 with two end rolls 2, 3, which are designed as deflection rollers and three center rollers 4-6, which together form one Form the roll stack.
- the roll stack has a roll plane 7, in which the axes of all rollers 2 - 6 lie when the rollers 2 - 6 are arranged exactly one above the other are.
- this roller plane 7 lies for the
- press direction i.e. the direction in which the reels 2-6 pressed against each other.
- rollers 2 - 6 form during operation of the calender in known manner nips 10-13, through which one to be treated Material web is guided. All nips are here formed as so-called soft nips because they are from a hard and limited by a soft roller.
- the middle roller 5 is offset by a distance X.
- the path X accordingly forms an offset of the Roller. This offset is calculated beforehand. The for this necessary considerations should first be based on Fig. 3 will be explained.
- the procedure for calculating the offset should now be explained using an example.
- the calender should have a nominal speed of 1280 m / min, i.e. all rollers are designed to run at a peripheral speed of 1,280 m / min.
- the roller 4 has a diameter of 870 mm
- the Roller 5 has a diameter of 874 mm
- roller 6 has a diameter of 878 mm.
- the roller circumference is calculated corresponding to 2733.1855 mm, 2745.7520 mm and 2758.3184 mm.
- a roll rotation frequency is calculated fw of 7.8053 Hz, 7.7696 Hz and 7.7342 Hz for the rollers 4, 5, 6.
- the closest Barring number becomes the closest integer odd number accepted. This is the number 35. Without the offset it would one assume that 5 on the roller Barring pattern forms with a wavelength that the Circumference (2745.752 mm) divided by 35 corresponds to a wavelength of 78.4501 mm.
- the critical area here is a frequency range in which barrings can occur. Frequencies above or below this range are in any case not critical for the formation of barring.
- a calender 1 has several critical frequencies, measures can be taken in advance, to make an adjustment even after the roll stack has been formed of the offset. Examples of this are given in Fig. 2.
- Fig. 2 now shows different ways to To cause roll misalignment. The explanation is given in all cases using the example of the center roller 5, which in one Bearing housing 30 is mounted, which is on the front End of a lever 31 is located.
- the lever is 31 stored with a bearing point 32 in an eccentric sleeve 33. If the eccentric bushing 33 is rotated, then the position of the roller 5 changes in horizontal Direction.
- the lever is 31 stored in a sliding block 34, which is in a housing 35 by a linear drive 36, which is only schematic is shown, can be moved in the housing 35.
- the linear drive can be used, for example, as a threaded spindle will be realized. Also with a threaded spindle relatively precise adjustment movements are possible.
- the lever 31 adjustable in length which is indicated by a double arrow 37 is shown.
- the lever 31 can for example have a telescopic or a prismatic guide.
- the drive of the two movable against each other Parts of the lever can also be threaded (not shown).
- FIG. 2d is the bearing housing 30 connected to the lever 31 via a swivel joint 38.
- the swivel 38 is at the lower end of a mounting plate 39 arranged, which in turn on the lever 31 is attached. An attachment is at the top of course also possible.
- a schematically represented Tilt drive 40 is provided around the bearing housing 30 compared to the lever 31 by a defined amount to tip.
- Offset X ⁇ / 4 to choose, i.e. a path length difference of ⁇ / 2 to cause the surface of the roller 5, wherein ⁇ the Is the wavelength of the newly occurring barring pattern.
Landscapes
- Paper (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Es wird ein Kalander angegeben mit einem Walzenstapel (1), der in einer Pressenebene (7) zwei Endwalzen (2, 3) und dazwischen mehrere Mittelwalzen (4-6) aufweist, von denen mindestens eine (5) eine elastische Oberfläche (9) aufweist. Ferner wird ein Verfahren zum Anordnen von Walzen in einem Walzenstapel eines Kalanders angegeben, der zwei Endwalzen in einer Pressenebene und dazwischen mehrere Mittelwalzen aufweist, von denen mindestens eine eine elastische Oberfläche aufweist, und der im Betrieb mit einer Nenngeschwindigkeit läuft. Man möchte die Standzeit der elastischen Walze vergrößern. Hierzu weist bei dem Kalander (1) mindestens eine Walze (5) mit elastischer Oberfläche (9) gegenüber der Pressenebene (7) einen Versatz (x) auf, dessen Größe gewählt ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge einer kritischen Eigenfrequenz innerhalb des Walzenstapels. Die Walzen werden so angeordnet, daß man die Eigenschwingungen des Kalanders (1) bei der Nenngeschwindigkeit ermittelt, aus den Eigenschwingungen eine kritische Eigenschwingung auswählt, eine zu der Eigenschwingung gehörende Wellenlänge ermittelt, deren ganzzahliges Vielfaches dem Umfang der Walze (5) entspricht, und die Walze (5) so versetzt, daß ein Weglängenunterschied an der Oberfläche der Walze (5) zwischen zwei Nips (11, 12) von einer viertel Wellenlänge entsteht. <IMAGE>A calender is specified with a roll stack (1) which has two end rolls (2, 3) in a press plane (7) and in between several middle rolls (4-6), at least one (5) of which has an elastic surface (9) having. Furthermore, a method for arranging rolls in a roll stack of a calender is specified, which has two end rolls in a press plane and between them several middle rolls, at least one of which has an elastic surface, and which runs in operation at a nominal speed. One would like to increase the service life of the elastic roller. For this purpose, in the calender (1) at least one roller (5) with an elastic surface (9) has an offset (x) with respect to the press plane (7), the size of which is selected as a function of the wavelength of a critical natural frequency within the roller stack. The rollers are arranged in such a way that the natural vibrations of the calender (1) are determined at the nominal speed, a critical natural vibration is selected from the natural vibrations, a wavelength belonging to the natural vibration is determined, the integral multiple of which corresponds to the circumference of the roller (5), and the Roller (5) offset so that a path length difference on the surface of the roller (5) between two nips (11, 12) of a quarter wavelength arises. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft einen Kalander mit einem Walzenstapel, der in einer Pressenebene zwei Endwalzen und dazwischen mehrere Mittelwalzen aufweist, von denen mindestens eine eine elastische Oberfläche aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anordnen von Walzen in einem Walzenstapel eines Kalanders, der zwei Endwalzen in einer Pressenebene und dazwischen mehrere Mittelwalzen aufweist, von denen mindestens eine eine elastische Oberfläche aufweist, und der im Betrieb mit einer Nenngeschwindigkeit läuft.The invention relates to a calender with a roll stack, of two end rollers and between them has several center rollers, of which at least one has an elastic surface. The invention further relates to a method for arranging of rolls in a roll stack of a calender, of the two end rolls in a press plane and in between has several center rollers, at least one of which has an elastic surface, and that in operation runs at a nominal speed.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Kalanders beschrieben, der zum Satinieren von Papier- oder Kartonbahnen verwendet wird. Sie ist aber in gleicher Weise auch bei anderen Materialbahnen anwendbar, bei denen ähnliche Probleme auftreten. The invention is based on a calender described, for satinizing paper or cardboard webs is used. But it is in the same way also applicable to other material webs where similar problems occur.
Beim Satinieren einer Papierbahn wird die Papierbahn durch den Kalander geleitet und in Nips, die zwischen einer harten und einer weichen Walze, d.h. einer Walze mit elastischer Oberfläche, gebildet sind, mit erhöhtem Druck und gegebenenfalls auch mit erhöhter Temperatur beaufschlagt. Bei Kalandern neuerer Bauart, beispielsweise den "Janus-Kalandern", kommen Walzen zum Einsatz, die mit einem Kunststoffbelag bezogen sind. Man kann nun beobachten, daß es in vielen Fällen nach einer gewissen Betriebszeit zu Querstreifen auf der Papierbahn kommt. Sobald diese Querstreifen sichtbar werden, ist die Papierbahn unbrauchbar und bildet Ausschuß. Die Ursachen dieser sogenannten Barring-Bildung sind derzeit noch nicht restlos geklärt. Man nimmt aber an, daß es sich hierbei um Auswirkungen einer Schwingungserscheinung handelt. Schwingungen sind in einem Kalander aber praktisch unvermeidbar.When satinizing a paper web, the paper web becomes passed through the calender and into nips between a hard and a soft roller, i.e. a roller with elastic surface, are formed, with increased Pressure and possibly also at elevated temperature applied. For newer calenders, for example the "Janus calenders", rollers are used, which are covered with a plastic covering. One can now observe that in many cases there is a certain Operating time for horizontal stripes on the paper web comes. As soon as these horizontal stripes become visible the paper web unusable and forms committee. The reasons this so-called barring formation are currently not yet fully clarified. But one assumes that it concerns the effects of a vibration phenomenon is. Vibrations are in a calender though practically inevitable.
Barring-Erscheinungen an sich sind auch schon früher aufgetreten und zwar bei Glättwerken, d.h. bei Kalandern, die ausschließlich mit harten Walzen bestückt waren. Hier nimmt man aber an, daß die Ursachen für die Barring-Bildung in der Papierbahn zu suchen waren, d.h. dem periodischen Auftreten von Dickenänderungen, die beispielsweise von einem geringfügig pulsierenden Stoffauflauf verursacht worden sind.Barring phenomena in themselves are also earlier occurred and that in smoothing, i.e. for calenders, which were only equipped with hard rollers. Here, however, it is assumed that the causes of the Barring formation was to be found in the paper web, i.e. the periodic occurrence of changes in thickness for example a slightly pulsating one Headbox have been caused.
Bei den Glättwerken hat man versucht, eine derartige Barring-Bildung entweder dadurch zu vermeiden, daß man eine Leitwalze in wechselnden Entfernungen zum Walzenstapel anordnet oder eine oder mehrere Walzen seitlich aus der Pressenebene heraus versetzt. An attempt has been made to do this in the calender To avoid barring formation either by: a guide roller at varying distances from the roller stack arranges or one or more rollers laterally offset from the press level.
Bei der Barring-Bildung an weichen Walzen, insbesondere an Kunststoffwalzen, handelt es sich jedoch um eine andere Erscheinung. Hier ist zu beobachten, daß sich die elastischen Oberflächenschicht selbst in relativ kurzer Zeit umformt. Wenn eine Barring-Erscheinung auftritt, muß die Walze, die die Barring-Bildung aufweist, ausgebaut und überschliffen oder abgedreht werden. Die Standzeit einer derartigen Walze ist also begrenzt.Barring formation on soft rollers, in particular on plastic rollers, but it is a different one Appearance. It can be observed here that the elastic surface layer even in a relatively short Time reshaped. If a barring phenomenon occurs, the roller, which has the barring formation, must be removed and ground or turned off. The The service life of such a roller is therefore limited.
Bei der Barring-Bildung wird die weiche Walze verändert und zwar an ihrer elastischen Oberfläche. Es ist noch nicht abschließend geklärt, wie diese Veränderung genau aussieht. Man nimmt derzeit folgende Möglichkeiten an: Die Walze bekommt eine Welligkeit an der Oberfläche, d.h. eine Berg- und Talstruktur, die Walze wird vielekkig oder die Walze bekommt in Umfangsrichtung abwechselnd Zonen unterschiedlicher Oberflächengüte, beispielsweise unterschiedlicher Rauhigkeit. Unabhängig von der konkreten Art der Veränderung zeigen sich nach der Barring-Bildung periodische, in Axialrichtung verlaufende Streifen am Umfang der Walze. Entsprechende Streifen zeigen sich dann an der Papierbahn, wobei spätestens ab dem Sichtbarwerden der Streifen die Papierbahn als Ausschuß zu betrachten ist.When the barring is formed, the soft roller is changed on their elastic surface. It is still did not finally clarify exactly how this change looks. The following options are currently accepted: The roller gets a ripple on the surface, i.e. a mountain and valley structure, the roller becomes polygonal or the roller gets alternately in the circumferential direction Zones of different surface quality, for example different roughness. Independently the concrete nature of the change is evident the periodic barring formation, running in the axial direction Strip on the circumference of the roller. Appropriate Stripes then appear on the paper web, at the latest from the time the strips become visible the paper web is to be regarded as a committee.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit einer derartigen Walze zu erhöhen.The object of the invention is the service life to increase such a roller.
Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens eine Walze mit elastischer Oberfläche gegenüber der Pressenebene einen Versatz aufweist, dessen Größe gewählt ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge einer kritischen Eigenfrequenz innerhalb des Walzenstapels.This task is performed on a calender of the type mentioned at the beginning Kind solved in that at least one roller with an elastic surface opposite the press plane has an offset, the size of which is selected depending on on the wavelength of a critical natural frequency inside the roll stack.
Man baut den Kalander also von vornherein so, daß zumindest eine weiche Walze, bei der ohne Versatz eine Barring-Bildung auftreten könnte, gegenüber der Pressenebene versetzt wird. Hierzu ermittelt man zunächst eine kritische Eigenfrequenz des Kalanders. Ein Walzenstapel, der aus mehreren Walzen gebildet ist, hat eine Vielzahl von Eigenfrequenzen. Hierbei sind nicht die Eigenfrequenzen der einzelnen Walzen für sich, wie etwa Biegeeigenfrequenzen, gemeint, sondern die Eigenschwingungsformen, die sich aus den schwingenden Walzenmassen auf den Feder- und Dämpfersystemen der dazwischengeschalteten Kunststoffbeläge der "weichen" Walzen ergeben. Ein laufender Kalander erzeugt Erregerkräfte, deren Frequenzen sich aus dem Vielfachen der Walzendrehzahlen zusammensetzen. Diese Erregerkräfte können in Inhomogenitäten, Anisotropien oder Geometriefehlern (Unrundheiten) begründet sein. Ebenfalls können Papierdickenschwankungen der den Kalander durchlaufenden Papierbahn den Walzenstapel anregen. Eine in den Kalander einlaufende Papierbahn ist vor dem Glättprozeß noch sehr rauh. Zudem ist eine Papierbahn nie frei von Flächengewichts- bzw. Dickenschwankungen. Analysiert man diese Schwankungen mit Hilfe einer FFT-Analyse auf ihre Frequenzen, so stellt man in der Regel ein breitbandiges Rauschen fest, in dem sämtliche Frequenzen enthalten sind. Trifft eine dieser Erregerfrequenzen auf eine Eigenfrequenz, so antwortet das Schwingungssystem des Kalanders mit vergrößerten Schwingungsausschlägen. Aufgrund der Vielzahl der möglichen Erreger und der Vielzahl der möglichen Eigenschwingungsformen lassen sich diese Resonanzstellen konstruktiv nicht umgehen. In der Regel ist das Schwingungssystem auch so stark gedämpft und die Erregerkräfte sind so klein, daß die resultierenden Schwingbewegungen unmittelbar nicht störend sind. Über einen mehr oder weniger langen Zeitraum prägen sich diese Schwingbewegungen jedoch in die Kunststoffbeläge der elastischen Walzen ein.You build the calender from the start so that at least a soft roller with one without offset Barring formation could occur opposite the press level is transferred. To do this, first determine a critical natural frequency of the calender. A stack of rollers, which is made up of several rollers has one Variety of natural frequencies. Here are not the Natural frequencies of the individual rollers, such as Bending natural frequencies, meant, but the natural vibration forms, resulting from the vibrating roller masses on the spring and damper systems of the intermediate Plastic coverings of the "soft" rollers result. A running calender generates excitation forces Frequencies arise from multiples of the roller speeds put together. These excitation forces can Inhomogeneities, anisotropies or geometry errors (Out of roundness). Fluctuations in paper thickness can also occur the paper web running through the calender stimulate the roll stack. One in the calender incoming paper web is still before the smoothing process very rough. In addition, a paper web is never free of basis weight or thickness fluctuations. One analyzes these fluctuations with the help of an FFT analysis on their Frequencies, so you usually put a broadband Noise fixed, in which all frequencies are contained are. If one of these excitation frequencies hits one Natural frequency, so the vibration system of the Calender with increased vibrations. by virtue of the multitude of possible pathogens and the multitude of the possible forms of natural vibration constructively avoid these resonance points. In the As a rule, the vibration system is so strongly damped and the excitation forces are so small that the resulting ones Swinging movements not immediately disturbing are. Emboss over a more or less long period however, these oscillating movements in the plastic coverings of the elastic rollers.
Üblicherweise werden die zur Eigenfrequenz nächstliegenden ganzzahligen Vielfachen der Walzendrehfrequenz als Muster auf den Walzen eingeprägt. Hierdurch erfolgt eine Rückkopplung der Schwingung. Die Schwingungsausschläge nehmen dann exponentiell zu. Sie äußern sich einerseits in einem erhöhten Schallpegel (bis mehr als 120 dB(A)) und andererseits in periodischen Dickenschwankungen der durchlaufenden Papierbahn. In der Praxis werden unterschiedliche Zeiträume beobachtet, in denen sich diese Rückkopplungserscheinungen, die sich in Barrings äußern, ausbilden. Meist vergehen einige Tage oder Wochen, bis diese Erscheinung so stark angewachsen ist, daß sie den Produktionsprozeß stört.Usually the closest to the natural frequency integer multiples of the roll rotation frequency embossed as a pattern on the rollers. This is done a feedback of the vibration. The vibration rashes then increase exponentially. You express yourself on the one hand in an increased sound level (up to more than 120 dB (A)) and on the other hand in periodic fluctuations in thickness the continuous paper web. In practice different periods are observed in who are experiencing these feedback phenomena express in barrings, train. Most of them pass Days or weeks until this phenomenon grew so much is that it disrupts the production process.
Von diesen Eigenfrequenzen sind nicht alle kritisch. Frequenzen, die relativ niedrig sind, wirken sich in der Regel nicht störend auf die Walzen aus. Frequenzen, die relativ hoch sind, erzeugen zwar unter Umständen Barrings auf der Papierbahn. Diese Querstreifen liegen dann aber so dicht nebeneinander, daß sie im Grunde nicht unterscheidbar sind. Die Eigenschwingungen lassen sich mit bekannten numerischen Verfahren berechnen, beispielsweise mit Verfahren, die mit finiten Elementen arbeiten. Programme hierfür sind kommerziell erhältlich. Ein Programm, mit dem die Eigenschwingungen berechnet werden können, ist unter dem Namen "Ansys" erhältlich.Not all of these natural frequencies are critical. Frequencies that are relatively low affect usually not disturbing the rollers. frequencies that are relatively high may generate Barrings on the paper web. These horizontal stripes lie but then so close together that they are basically are indistinguishable. Let the natural vibrations calculated using known numerical methods, for example with methods using finite elements work. Programs for this are commercially available. A program that calculates the natural vibrations is available under the name "Ansys".
Vorzugsweise bewirkt der Versatz einen Weglängenunterschied
auf der Oberfläche der Walze zwischen zwei Nips
um eine viertel Wellenlänge. Diese Vorgehensweise hat
mehrere Vorteile. Zum einen ist der Versatz relativ
klein. Er liegt in der Regel in der Größenordnung von
10 mm, vielfach auch darunter, so daß sich durch den
Versatz keine nennenswerte Änderung in der Geometrie
des Walzenstapels ergibt. Man kann also nach wie vor
davon ausgehen, daß die Presskräfte auch in der Pressenebene
wirken. Vor allem aber hat diese Ausgestaltung
den Vorteil, daß sich eine Barring-Bildung bei der kritischen
Eigenfrequenz nicht ergibt oder zumindest zeitlich
sehr stark verzögert wird. Hierbei geht man von
folgender Überlegung aus. Über die Zeit können sich nur
die Wellenlängen auf einem Walzenumfang aufaddieren,
deren ganzzahliges Vielfaches gleich dem Walzenumfang
ist. Alle anderen Wellenlängen löschen sich mit der
Zeit selbst wieder aus. Demnach sind ganzzahlige Vielfache
der Walzendrehfrequenzen, die in der Nähe einer
Eigenfrequenz liegen, mögliche Frequenzen, die sich als
Barring ausbilden. Die Anzahl der sich abbildenden Wellenlängen
hängt allerdings nicht nur von der Nähe zur
Eigenfrequenz ab, sondern auch von der Schwingungsform.
Die Schwingungsform ist entscheidend dafür, ob sich ein
gerades ganzzahliges Vielfaches oder ein ungerades
ganzzahliges Vielfaches der Walzendrehfrequenz abbildet.
Bei einem geradzahligen Vielfachen wird die elastische
Walze bei jeder Welle sozusagen von beiden Seiten
aus belastet. Bei einem ungeradzahligem Vielfachen
steht eine Belastung auf einer Seite und eine Entlastung
auf der anderen Seite gegenüber. Wenn man nun einen
Weglängenunterschied auf der Oberfläche der Walze
von einer viertel Wellenlänge bewirkt, erfolgt eine
Phasenverschiebung der Wellen um π/2. In diesem Fall
koppeln die beiden Nips, an denen die weiche Walze beteilligt
ist, nicht mehr direkt miteinander ein. Eine
Rückkopplung der einzelnen Nips zu sich selbst kann nur
durch eine zeitliche Veränderung der Walzendrehzahl gestört
werden.The offset preferably causes a path length difference
on the surface of the roller between two nips
by a quarter wavelength. This approach has
several advantages. First, the offset is relative
small. It is usually of the order of
Bevorzugterweise beträgt der Versatz eine achtel Wellenlänge. Man kann den Weglängenunterschied auf der Oberfläche der Walze um eine viertel Wellenlänge dadurch erzeugen, daß man bei jedem Nip eine achtel Wellenlänge hinzufügt (auf der einen Walzenhälfte) oder entfernt (auf der anderen Walzenhälfte). Der Versatz kann damit insgesamt relativ klein gehalten werden.The offset is preferably one eighth of a wavelength. You can see the path length difference on the Surface of the roller by a quarter wavelength thereby generate an eighth wavelength for each nip added (on one half of the roller) or removed (on the other half of the roller). The offset can thus be kept relatively small overall.
Vorzugsweise weist die Walze eine Verstelleinrichtung auf, mit deren Hilfe der Versatz ausgehend von einem voreingestellten Versatz, der von der Wellenlänge abhängt, verstellbar ist. Eine derartige Verstelleinrichtung ist insbesondere bei Kalandern günstig, die mehrere kritische Eigenfrequenzen aufweisen. In diesem Fall kann man mit dem ursprünglich eingestellten Walzenversatz zwar die Ausbildung von Barrings verhindern oder verzögern, die auf einer Eigenfrequenz beruhen. Dafür bilden sich dann aber möglicherweise Barrings aus, die auf einer anderen Eigenfrequenz beruhen. Wenn man nun die Möglichkeit hat, den Walzenversatz zu verändern, dann kann man wahlweise zwischen mehreren Positionen der Walzen hin und her schalten, um bei allen kritischen Eigenfrequenzen die Ausbildung von Barrings zu stören.The roller preferably has an adjusting device with the help of which the offset starting from a preset offset, which depends on the wavelength, is adjustable. Such an adjustment device is particularly beneficial for calenders that have multiple have critical natural frequencies. In this case you can with the originally set roll offset prevent the formation of barrings or delay based on a natural frequency. Therefore but then barrings may form that are based on a different natural frequency. If you now has the possibility to change the roll offset, then you can choose between several positions the rollers switch back and forth to all critical Natural frequencies to the formation of barrings to disturb.
Vorzugsweise weist der Kalander in einem vorbestimmten Frequenzbereich nur eine einzige kritische Eigenfrequenz auf. Dies kann man mit konstruktiven Maßnahmen erreichen, beispielsweise durch die Auswahl von geeigneten Durchmesserkombinationen der Walzen. Wenn in dem kritischen Bereich nur eine einzige Eigenfrequenz auftritt, dann ist die Bekämpfung der Barrings durch den Versatz relativ sicher zu realisieren.Preferably, the calender has a predetermined Frequency range only a single critical natural frequency on. This can be done with constructive measures achieve, for example by selecting suitable ones Diameter combinations of the rolls. If in that critical area only a single natural frequency occurs then the fight against the barrings by the Realizing offset relatively safely.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man die Eigenschwingungen des Kalanders bei der Nenngeschwindigkeit ermittelt, aus den Eigenschwingungen eine kritische Eigenschwingung auswählt, eine zu der Eigenschwingung gehörende Wellenlänge ermittelt, deren ganzzahliges Vielfaches dem Umfang der Walze entspricht, und die Walze so versetzt, daß ein Weglängenunterschied an der Oberfläche der Walze zwischen zwei Nips von einer viertel Wellenlänge entsteht.The task is in a method of the aforementioned Kind solved in that the natural vibrations of the calender at the nominal speed, a critical natural vibration from the natural vibrations selects one belonging to the natural vibration Wavelength determined, its integer multiple corresponds to the circumference of the roller, and the roller so offset that a path length difference on the surface the roller between two nips of a quarter wavelength arises.
Wie oben im Zusammenhang mit dem Kalander ausgeführt, ergibt sich bei einem Weglängenunterschied an der Oberfläche der Walze von einer viertel Wellenlänge eine Phasenverschiebung bei der Beaufschlagung der Walze in den beiden Nips von π/2. In diesem Fall koppeln die beiden Nips nicht mehr direkt miteinander ein. Geht man davon aus, daß sich bei ansonsten gleicher Erregung die Schwingwege in den einzelnen Nips nur mit halber Intensität einprägen, wenn sich keine Rückkopplung der beiden Nips zueinander ergibt, so müßte theoretisch mindestens eine Verdoppelung der Standzeit zu erzielen sein.As stated above in connection with the calender, results from a path length difference on the surface the roller of a quarter wavelength one Phase shift when the roller is loaded in the two nips of π / 2. In this case they couple two nips no longer directly with each other. You go assume that with otherwise equal excitement Vibration paths in the individual nips only with half the intensity memorize if there is no feedback between the two In theory, nips would result in each other the service life can be doubled.
Vorzugsweise wählt man ein ungeradzahliges Vielfaches. In der Regel ist eine Wellenlänge, die genau zu einer Eigenfrequenz gehört, nicht ein ganzteiliger Bruchteil des Umfangs der Walze. Es existieren also in der Nachbarschaft dieser "genauen" Wellenlänge zwei Wellenlängen, die kritisch sein könnten. Die eine Wellenlänge ergibt dann, wenn sie mit einer geraden ganzen Zahl multipliziert wird, den Walzenumfang. Die andere Wellenlänge ergibt dann, wenn sie mit ungeraden ganzen Zahl multipliziert wird, den Walzenumfang. Man wählt also diejenige Wellenlänge aus, die mit einer ungeraden Zahl multipliziert den Umfang der Walze ergibt. Es hat sich gezeigt, daß man dabei eine längere Standzeit der elastischen Walzen erzielt.It is preferable to choose an odd multiple. Usually a wavelength is exactly one Natural frequency belongs, not an integral part the circumference of the roller. So there are in the neighborhood this "exact" wavelength two wavelengths, that could be critical. One wavelength results if it has an even integer is multiplied, the roll circumference. The other wavelength results if it is with odd whole Number is multiplied, the roll circumference. You choose that is, the wavelength with an odd Number multiplied gives the circumference of the roller. It has It has been shown that a longer service life of the elastic rollers achieved.
Vorzugsweise dividiert man die Eigenfrequenz durch die Drehfrequenz der Walze und erhält eine theoretische Barringzahl als Quotient, wobei das Vielfache die nächste ganze Zahl zur theoretischen Barringzahl ist. Dies ist eine relativ einfache Vorgehensweise um das Vielfache zu ermitteln. Es hat sich herausgestellt, daß man mit diesem Vielfachen gute Ergebnisse erzielt.The natural frequency is preferably divided by the Rotational frequency of the roller and receives a theoretical Barring number as quotient, whereby the multiple is the next is an integer of the theoretical Barring number. This is a relatively simple multiple-fold approach to investigate. It has been found that achieved good results with this multiple.
Vorzugsweise versetzt man die Walze um eine achtel Wellenlänge. Wie oben im Zusammenhang mit dem Kalander erläutert, reicht dies aus, um an beiden Nips zusammen einen Weglängenunterschied von einer viertel Wellenlänge zu bewirken. The roller is preferably offset by one eighth of a wavelength. As explained above in connection with the calender, is this enough to put both nips together a path length difference of a quarter wavelength to effect.
Bevorzugterweise verändert man den eingestellten Versatz. Damit hat man auch noch im Betrieb des Kalanders, gegebenenfalls in Arbeitspausen, eine Korrekturmöglichkeit.The set offset is preferably changed. With this you also have the calender in operation, if necessary during breaks, a possibility of correction.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Kalanders,
- Fig. 2
- verschiedene Möglichkeiten zum Einstellen eines Versatzes einer Walze und
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ausbildung eines Barring-Musters.
- Fig. 1
- a schematic representation of a calender,
- Fig. 2
- different ways of adjusting an offset of a roller and
- Fig. 3
- a schematic representation for explaining the formation of a barring pattern.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Kalander 1 mit zwei Endwalzen
2, 3, die als Durchbiegungswalzen ausgebildet
sind, und drei Mittelwalzen 4 - 6, die zusammen einen
Walzenstapel bilden. Der Walzenstapel weist eine Walzenebene
7 auf, in der die Achsen aller Walzen 2 - 6
liegen, wenn die Walzen 2 - 6 exakt übereinander angeordnet
sind. In dieser Walzenebene 7 liegt für die
Zwecke der nachfolgenden Beschreibung auch die Pressenrichtung,
d.h. die Richtung, in der die Walzen 2 - 6
gegeneinander gedrückt werden.Fig. 1 shows schematically a calender 1 with two end rolls
2, 3, which are designed as deflection rollers
and three center rollers 4-6, which together form one
Form the roll stack. The roll stack has a
Weitere Einzelheiten des Kalanders sind nur schematisch
dargestellt, wie ein Antrieb 8, oder ganz weggelassen,
wie Mittel zur Beheizung von einzelnen Walzen. Die beiden
Endwalzen 2, 3 und die mittlerste Walze 5 weisen
aber einen elastischen Belag 9 auf, der übertrieben
dick dargestellt ist.Further details of the calender are only schematic
shown as a
Die Walzen 2 - 6 bilden beim Betrieb des Kalanders in bekannter Weise Nips 10 - 13, durch die eine zu behandelnde Materialbahn geführt wird. Alle Nips sind hier als sogenannte weiche Nips ausgebildet, da sie von einer harten und von einer weichen Walze begrenzt werden.The rollers 2 - 6 form during operation of the calender in known manner nips 10-13, through which one to be treated Material web is guided. All nips are here formed as so-called soft nips because they are from a hard and limited by a soft roller.
Die mittlere Walze 5 ist um eine Strecke X versetzt.
Die Stecke X bildet dementsprechend einen Versatz der
Walze. Dieser Versatz wird zuvor berechnet. Die hierzu
notwendigen Überlegungen sollen zunächst anhand von
Fig. 3 erläutert werden.The
In Fig. 3 dargestellt sind die Walze 5, die darüber befindliche
Walze 4 und die darunter befindliche Walze 6.
Mit übertrieben großen Amplituden sind verschiedene Bezugswelligkeiten
dargestellt, und zwar eine Welligkeit,
bei der sieben Wellen um den Umfang der Walze 5 herumlaufen,
eine mit acht Wellen und eine mit neun Wellen.
Die Anzahlen n = 7, 8, 9 wurden aus Gründen der Übersicht
gewählt. Bei realen Walzen werden sich über den
Umfang der Walze entsprechend mehr Wellen einstellen,
beispielsweise in der Größenordnung von 30 bis 50. Bei
derart vielen Wellen, die um den Umfang der Walze 5
verlaufen, kann man in erster Näherung davon ausgehen,
daß bei einer kleinen Versatzbewegung der Walze 5 gegenüber
der Walzenebene 7, die kleiner ist als eine
Wellenlänge, die Krümmung der Walze 5 keine Rolle
spielt. 3 shows the
Durch den Versatz X wird erreicht, daß die Entfernung
zwischen den beiden Nips 11, 12 auf der einen Seite um
eine viertel Wellenlänge λ/4 vergrößert und auf der anderen
Seite um diese viertel Wellenlänge λ/4 verkleinert
wird. Hierzu ist lediglich ein Versatz X erforderlich,
der X = λ/8 entspricht, weil sich dadurch der gewünschte
Weglängenunterschied zwischen den beiden Nips
11, 12 ergibt.The offset X ensures that the distance
between the two
Durch den statischen Walzenversatz, der eine Wegverlängerung
zwischen den beiden Nips 11, 12 von einer viertel
Wellenlänge λ/4 bewirkt, ist davon auszugehen, daß
sich bei der gleichen Erregung durch die Kopplung mit
den beiden Nachbarwalzen die Störungen getrennt voneinander
mit halber Intensität einprägen, so daß theoretisch
eine Verdoppelung der Standzeit zu erzielen ist.Due to the static roller offset, which is a path extension
between the two
Die Vorgehensweise zur Berechnung des Versatzes soll
nun an einem Beispiel erläutert werden. Der Kalander
soll eine Nenngeschwindigkeit von 1280 m/min aufweisen,
d.h. alle Walzen sollen sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 1.280 m/min drehen. Hierbei wird angenommen,
daß die Walze 4 einen Durchmesser von 870 mm, die
Walze 5 einen Durchmesser von 874 mm und die Walze 6
einen Durchmesser von 878 mm hat. Der Walzenumfang errechnet
sich dementsprechend zu 2733,1855 mm, 2745,7520
mm und 2758,3184 mm.The procedure for calculating the offset should
will now be explained using an example. The calender
should have a nominal speed of 1280 m / min,
i.e. all rollers are designed to run at a peripheral speed
of 1,280 m / min. Here it is assumed
that the roller 4 has a diameter of 870 mm, the
Mit einem finite Elementeverfahren wurde zuvor festgestellt,
daß eine Systemeigenfrequenz fe von 277,3120 Hz
existiert, wobei die Systemeigenfrequenzform asymmetrisch
zur Walze 5 liegt. With a finite element method it was previously determined
that a system natural frequency fe of 277.3120 Hz
exists with the system natural frequency form asymmetrical
to the
Aus den oben genannten Walzenumfängen und der beabsichtigten
Produktionsgeschwindigkeit, d.h. der Nenngeschwindigkeit,
errechnet sich eine Walzendrehfrequenz
fw von 7,8053 Hz, 7,7696 Hz bzw. 7,7342 Hz für die Walzen
4, 5, 6. Aus dem Quotienten fe/fw ergibt sich damit
eine theoretische Barringanzahl von 35,5287, 35,6920
und 35,8554 für die Walzen 4, 5, 6. Als nächstliegende
Barringzahl wird die nächstliegende ganze ungerade Zahl
angenommen. Dies ist die Zahl 35. Ohne den Versatz würde
man davon ausgehen, daß sich auf der Walze 5 ein
Barringmuster ausbildet mit einer Wellenlänge, die dem
Umfang (2745,752 mm) geteilt durch 35 entspricht, also
eine Wellenlänge von 78,4501 mm.From the roll sizes mentioned above and the intended
Production speed, i.e. the nominal speed,
a roll rotation frequency is calculated
fw of 7.8053 Hz, 7.7696 Hz and 7.7342 Hz for the
Wenn man nun die Walze 5 um den Walzenversatz X =
78,4501 mm/8 = 9,8063 mm versetzt, dann ist mit einer
sehr großen Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, daß
sich eine Barringbildung mit dieser Wellenlänge nicht
oder nur sehr spät zeigt. Die Standzeit der elastischen
Walze 5 wird durch den Versatz X drastisch vergrößert.If you now the
Der Kalander 1 nach Fig. 1 ist so ausgelegt, daß er nur eine Systemeigenfrequenz fe von 277,3120 Hz im kritischen Bereich aufweist. Der kritische Bereich ist hierbei ein Frequenzbereich bei dem Barrings auftreten können. Frequenzen oberhalb oder unterhalb dieses Bereichs sind für die Barringbildung jedenfalls unkritisch. 1 is designed so that it only a system natural frequency fe of 277.3120 Hz in the critical Area. The critical area here is a frequency range in which barrings can occur. Frequencies above or below this range are in any case not critical for the formation of barring.
Falls ein Kalander 1 mehrere kritische Frequenzen aufweist, können im vorhinein Maßnahmen getroffen werden, um auch nach der Ausbildung des Walzenstapels eine Verstellung des Versatzes zu ermöglichen. Beispiele hierzu sind in Fig. 2 angegeben.If a calender 1 has several critical frequencies, measures can be taken in advance, to make an adjustment even after the roll stack has been formed of the offset. Examples of this are given in Fig. 2.
Fig. 2 zeigt nun verschiedene Möglichkeiten, um den
Walzenversatz zu bewirken. Die Erläuterung erfolgt in
allen Fällen am Beispiel der Mittelwalze 5, die in einem
Lagergehäuse 30 gelagert ist, das sich am vorderen
Ende eines Hebels 31 befindet.Fig. 2 now shows different ways to
To cause roll misalignment. The explanation is given in
all cases using the example of the
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a ist der Hebel 31
mit einem Lagerpunkt 32 in einer Exzenterbüchse 33 gelagert.
Wenn die Exzenterbüchse 33 verdreht wird, dann
ändert sich die Position der Walze 5 in horizontaler
Richtung.In the exemplary embodiment according to FIG. 2a, the lever is 31
stored with a
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2b ist der Hebel 31
in einem Kulissenstein 34 gelagert, der in einem Gehäuse
35 durch einen Linearantrieb 36, der nur schematisch
dargestellt ist, im Gehäuse 35 verschoben werden kann.
Der Linearantrieb kann beispielsweise als Gewindespindel
realisiert werden. Auch mit einer Gewindespindel
sind relativ genaue Verstellbewegungen möglich.In the embodiment according to FIG. 2b, the lever is 31
stored in a sliding
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2c ist der Hebel 31
längenveränderbar ausgebildet, was durch einen Doppelpfeil
37 dargestellt ist. Der Hebel 31 kann beispielsweise
eine Teleskop- oder eine Prismenführung aufweisen.
Der Antrieb der beiden gegeneinander verschiebbaren
Teile des Hebels kann ebenfalls über eine Gewindespindel
(nicht näher dargestellt) erfolgen. In the exemplary embodiment according to FIG. 2 c, the
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2d ist das Lagergehäuse
30 über ein Drehgelenk 38 mit dem Hebel 31 verbunden.
Das Drehgelenk 38 ist am unteren Ende einer Befestigungsplatte
39 angeordnet, die wiederum am Hebel
31 befestigt ist. Eine Anbringung am oberen Ende ist
selbstverständlich auch möglich. Ein schematisch dargestellter
Kippantrieb 40 ist vorgesehen, um das Lagergehäuse
30 gegenüber dem Hebel 31 um ein definiertes Maß
zu kippen.2d is the bearing
Der Verstellweg ist hierbei so ausgelegt, daß er zu einem
Versatz X aus der Pressenebene 7 führt, der wiederum
ausreicht, um eine Ausbildung eines Barring-Musters
auf der Oberfläche der elastischen Walze zu stören oder
wieder zu beseitigen. Um ein Barringmuster wieder zu
beseitigen, kann es zweckmäßig sein, den Versatz X =λ/4
zu wählen, also einen Weglängenunterschied von λ/2 auf
der Oberfläche der Walze 5 zu bewirken, wobei λ die
Wellenlänge des neu aufgetretenen Barringmusters ist.The adjustment path is designed so that it becomes one
Offset X leads from the
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APAH | Appeal reference modified |
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27W | Patent revoked |
Effective date: 20160121 |
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