EP1956136A2 - Pressanordnung - Google Patents

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EP1956136A2
EP1956136A2 EP07150126A EP07150126A EP1956136A2 EP 1956136 A2 EP1956136 A2 EP 1956136A2 EP 07150126 A EP07150126 A EP 07150126A EP 07150126 A EP07150126 A EP 07150126A EP 1956136 A2 EP1956136 A2 EP 1956136A2
Authority
EP
European Patent Office
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axis
press
pressing direction
natural frequency
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07150126A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1956136A3 (de
Inventor
Jochen Autrata
Thomas Baumeister
Irmgard Hawix-Bolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1956136A3 publication Critical patent/EP1956136A3/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/0209—Wet presses with extended press nip
    • D21F3/0218—Shoe presses
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0206—Controlled deflection rolls
    • D21G1/0213—Controlled deflection rolls with deflection compensation means acting between the roller shell and its supporting member

Definitions

  • the invention relates to a pressing arrangement for treating a paper, cardboard, tissue or another fibrous web in a machine for producing and / or finishing the same, with at least one press nip formed by a press roll and a counter-pressure element, wherein the press roll one, one has fixed axis rotatable roll shell, which is pressed by a support means of the axis for forming the press nip in the direction (pressing direction) of the counter-pressure element.
  • the axes of press rolls in particular of deflection-controlled press rolls, have enormous dimensions and thus also a very high weight because of the high press forces in the press nip and the length of often more than 10 m.
  • the high weight of the axle can easily exceed the capacity of available hoists in the area of the machine.
  • the object of the invention is therefore to reduce the weight of the axle while ensuring a sufficient load capacity and vibration stability.
  • this object is achieved in that the frequency of the press nip passes between the natural frequency of the axis in the pressing direction and the natural frequency of the axis is transverse to the pressing direction.
  • the dimensioning of the cross section in the pressing direction is determined by the load, in particular due to the pressing forces in the press nip and the weight and the required natural frequency in the pressing direction.
  • the required natural frequency of the axis also depends on the rotational speed of the roll mantle, i. the machine speed.
  • the counter-pressure element can be formed by a counter-roller or a press belt.
  • the natural frequency of the axis in the pressing direction is 50%, preferably at least 100%, in particular at least 150% higher than transverse to the pressing direction.
  • the lower natural frequency of the axis transverse to the pressing direction leads to a smaller extension of the axis connected transversely to the pressing direction with a lower weight of the axis. This is also possible because of the lower forces acting on the axle transversely to the pressing direction.
  • the maximum frequency of the press nip passes of the roll shell during operation should be at least 15%, preferably at least 25% and in particular at least 30% smaller than the natural frequency of the axis in Be pressing direction.
  • the exciter frequency does not come into the range of the natural frequency of the axis, or at least only for a short time, transversely to the pressing direction.
  • the minimum frequency of the press nip passes of the roll shell should be at least 15%, preferably at least 25% and in particular at least 30% above the natural frequency of the axis transverse to the pressing direction during operation of the machine.
  • the excitation frequency i. the frequency of the press nip passes of the roll shell during operation always between the natural frequency of the axis in and across the pressing direction.
  • the invention thus makes use of the finding that the dimensioning of the axis transversely to the pressing direction has so far mainly been determined by the exciter frequency and much less by the bending stress.
  • this allows the expansion in the pressing direction to be at least 2.5 times, preferably at least 3 times, greater than transverse to the pressing direction.
  • the axis should be made in one piece.
  • the axis is made of metal, preferably forged steel.
  • the pressing arrangement is designed as a calender for smoothing the fibrous web.
  • deflection-controlled press roller has a rotatable about a fixed axis 2, cylindrical roll shell 1 made of steel.
  • the roll shell 1 is supported on a hydraulic support device 3 on the axis 2.
  • This supporting device 3 compensates for the deflection of the roll shell 1 and also presses it in the pressing direction 6 to the opposite counter-roller 4.
  • the resulting nip the fibrous web 5 can be performed for smoothing alone or together with at least one water-absorbing tape for drainage.
  • the gap between the here convex support surface of the support device 3 and the roll shell 1 can be lubricated hydrostatically and / or hydrodynamically.
  • the excitation frequency corresponds to the frequency of the jacket revolutions and thus depends on the rotational speed of the roll shell 1 and thus the machine speed.
  • the vibrations occur in particular due to imbalances of the roll shell. 1
  • the one-piece axles 2 made of forged steel can well be over 10 m long, it comes alone by the weight to a considerable load on the axis 2.
  • the pressing forces of the support means 3, which as here in upwardly directed support surface axis 2 load together with the weight against the pressing direction 6.
  • the weight of the axle 2 can be substantially reduced without compromising the stability, in particular the vibration stability.
  • the natural frequency across the pressing direction 6 is set by 20% below the minimum excitation frequency which results at the minimum operating speed V min of the machine. Also, as in FIG. 2 to see the natural frequency a in the pressing direction 6 20% above the maximum exciter frequency, which is set at maximum operating speed V max of the machine.
  • the Natural frequency of the axis in the pressing direction 6 must be three times higher than transverse to the pressing direction 6.
  • the area moment in the pressing direction 6 must be nine times greater than the area moment transverse to the pressing direction 6.
  • weight reduction of the axis 2 is so significant that the passage through the natural frequency of the axis 2 can be taken across the pressing direction 6 when starting and braking in purchasing, since this is done very quickly anyway.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pressanordnung zur Behandlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (5) in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, mit wenigstens einem von einer Presswalze und einem Gegendruckelement gebildeten Pressspalt, wobei die Presswalze einen, um eine feststehende Achse (2) rotierbaren Walzenmantel (1) besitzt, welcher von einer Stützeinrichtung (3) der Achse (2) zur Bildung des Pressspaltes in Richtung (Pressrichtung 6) des Gegendruckelementes gedrückt wird. Dabei soll das Gewicht der Achse (2) bei Gewährleistung der erforderlichen Belastbarkeit und Schwingungsstabilität dadurch minimiert werden, dass die Frequenz der Pressspaltdurchläufe zwischen der Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) und der Eigenfrequenz der Achse (2) quer zur Pressrichtung (6) liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pressanordnung zur Behandlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, mit wenigstens einem von einer Presswalze und einem Gegendruckelement gebildeten Pressspalt, wobei die Presswalze einen, um eine feststehende Achse rotierbaren Walzenmantel besitzt, welcher von einer Stützeinrichtung der Achse zur Bildung des Pressspaltes in Richtung (Pressrichtung) des Gegendruckelementes gedrückt wird.
  • Die Achsen von Presswalzen, insbesondere von durchbiegungsgesteuerten Presswalzen, haben wegen der hohen Presskräfte im Pressspalt sowie der Länge von oft über 10 m enorme Dimensionen und damit auch ein sehr hohes Gewicht.
  • Hinzu kommt die Gewährleistung der Schwingungsstabilität, wobei die Erregung von der Rotation des Walzenmantels ausgeht. In Verbindung mit stetig steigenden Maschinengeschwindigkeiten führt die damit notwendige, hohe Eigenfrequenz der Achse ebenfalls zu Dimensions- und Gewichtssteigerungen bei der Achse.
  • Das hohe Gewicht der Achse kann so leicht die Kapazität verfügbarer Hebezeuge im Bereich der Maschine übersteigen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher das Gewicht der Achse bei Gewährleistung einer ausreichenden Belastbarkeit und Schwingungsstabilität zu vermindern.
  • Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Frequenz der Pressspaltdurchläufe zwischen der Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung und der Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung liegt.
  • Entgegen der üblichen runden Ausführung der Achse wird hier ein Querschnitt gewählt, dessen Flächemomente in den beiden Hauptträgheitsachsen in und quer zur Pressrichtung stark unterschiedlich sind.
  • Die Dimensionierung des Querschnitts in Pressrichtung wird dabei von der Belastung, insbesondere infolge der Presskräfte im Pressspalt sowie der Gewichtskraft und der erforderlichen Eigenfrequenz in Pressrichtung bestimmt.
  • Da die Schwingungserregung im Wesentlichen von der Rotation des Walzenmantels mit der Frequenz der Walzenmanteldurchläufe durch den Pressspalt ausgeht, hängt auch die erforderliche Eigenfrequenz der Achse von der Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels, d.h. der Maschinengeschwindigkeit ab.
  • Das Gegendruckelement kann von einer Gegenwalze oder einem Pressband gebildet werden.
  • Da die Belastung der Achse in Pressrichtung wesentlich größer als quer zu dieser ist, genügt es oft auch, wenn die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung um 50 %, vorzugsweise um wenigstens 100 %, insbesondere um wenigstens 150 % höher als quer zur Pressrichtung ist.
  • Die geringere Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung führt zu einer geringeren Ausdehnung der Achse quer zur Pressrichtung verbundenen mit einem geringeren Gewicht der Achse. Möglich wird dies auch wegen der geringeren Kräfte, die quer zur Pressrichtung auf die Achse einwirken.
  • Um zu gewährleisten, dass die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung ausreichend weit von der Erregerfrequenz entfernt ist, sollte die maximale Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels während des Betriebs mindestens 15 %, vorzugsweise zumindest 25 % und insbesondere mindestens 30 % kleiner als die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung sein.
  • Auch quer zur Pressrichtung sollte allerdings sichergestellt werden, dass die Erregerfrequenz nicht oder zumindest nur kurze Zeit in den Bereich der Eigenfrequenz der Achse kommt.
  • Dies kann erfindungsgemäß dadurch sichergestellt werden, dass die Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung unter der Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels während des Betriebs, d.h. insbesondere auch bei minimaler Betriebsgeschwindigkeit liegt.
  • Um dies möglichst sicher zu gestalten, sollte die minimale Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels während des Betriebs der Maschine mindestens 15 %, vorzugsweise zumindest 25 % und insbesondere mindestens 30 % über der Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung liegen.
  • Auf diese Weise liegt die Erregerfrequenz, d.h. die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels während des Betriebs immer zwischen der Eigenfrequenz der Achse in und quer zur Pressrichtung.
  • Lediglich beim Anlauf und dem Bremsen der Maschine durchläuft die Erregerfrequenz die Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung. Da dies jedoch relativ schnell und meist auch ohne Faserstoffbahn im Pressspalt erfolgt, ergeben sich dabei keine Probleme hinsichtlich Belastung oder Beschädigung.
  • Die Erfindung macht sich folglich die Erkenntnis zunutze, dass die Dimensionierung der Achse quer zur Pressrichtung bisher überwiegend von der Erregerfrequenz und wesentlich weniger von der Biegebeanspruchung bestimmt ist. Indem man die Eigenfrequenz der Achse quer zur Pressrichtung unter die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung legt, kann so eine große Verminderung der Ausdehnung der Achse quer zur Pressrichtung erreicht werden. Dabei ist lediglich sicherzustellen, dass die Eigenfrequenz der Achse in beiden Richtungen nicht in den Bereich der Erregerfrequenz kommt.
  • Optimal gelingt dies, wenn die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung über und quer zur Pressrichtung unter der Erregerfrequenz liegt.
  • Im Ergebnis erlaubt dies bei einer Achse mit einem etwa rechteckigen Querschnitt, dass die Ausdehnung in Pressrichtung wenigstens 2,5 mal, vorzugsweise wenigstens 3 mal größer als quer zur Pressrichtung sein kann.
  • Wegen der einfachen Herstellbarkeit sollte die Achse einstückig ausgeführt sein.
  • Außerdem ist es infolge der hohen mechanischen Belastung von Vorteil, wenn die Achse aus Metall, vorzugsweise geschmiedetem Stahl besteht.
  • Anwendung sollte eine derartige Pressanordnung wegen der hohen, erforderlichen Presskräfte im Pressspalt in Anordnungen finden, bei denen die Faserstoffbahn zur Glättung oder Entwässerung durch den Pressspalt geführt wird.
  • Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Pressanordnung als Kalander zur Glättung der Faserstoffbahn ausgebildet ist.
  • Entsprechend dem erfinderischen Gedanken ist es für ein Steuerverfahren der Pressanordnung vorteilhaft, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz der Achse dieser Presswalze in und quer zur Pressrichtung gesteuert oder eingestellt wird.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
    • Figur 1:
    eine schematischen Querschnitt durch eine Presswalze und
    Figur 2:
    Geschwindigkeits-Frequenz-Diagramm.
  • Die in Figur 1 dargestellte, durchbiegungsgesteuerte Presswalze besitzt einen, um eine feste Achse 2 rotierbaren, zylindrischen Walzenmantel 1 aus Stahl. Dabei stützt sich der Walzenmantel 1 auf einer hydraulischen Stützeinrichtung 3 auf der Achse 2 ab.
  • Diese Stützeinrichtung 3 gleicht die Durchbiegung des Walzenmantels 1 aus und presst diesen außerdem in Pressrichtung 6 zur gegenüberliegenden Gegenwalze 4. Durch den dabei entstehenden Pressspalt kann die Faserstoffbahn 5 allein zur Glättung oder gemeinsam mit zumindest einem wasseraufnehmenden Band zur Entwässerung geführt werden.
  • Der Spalt zwischen der hier konvexen Stützfläche der Stützeinrichtung 3 und dem Walzenmantel 1 kann hydrostatisch und/oder hydrodynamisch geschmiert werden.
  • Infolge der Rotation des Walzenmantels 1 kann es zu Schwingungen kommen, die die Stabilität der Konstruktion gefährden. Dabei entspricht die Erregerfrequenz der Frequenz der Mantelumläufe und hängt damit von der Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels 1 und somit der Maschinengeschwindigkeit ab.
    Die Schwingungen entstehen insbesondere auf Grund von Unwuchten des Walzenmantels 1.
  • Da die einstückigen Achsen 2 aus geschmiedetem Stahl durchaus über 10 m lang sein können, kommt es allein schon durch das Eigengewicht zu einer erheblichen Belastung der Achse 2. Hinzu kommen die Presskräfte der Stützeinrichtung 3, welche wie hier bei nach oben gerichteter Stützfläche die Achse 2 gemeinsam mit der Gewichtskraft entgegen der Pressrichtung 6 belasten.
  • Im Ergebnis ist die Belastbarkeit der Achse 2 für diese Kräfte in bzw. entgegen der Pressrichtung 6 am größten sein.
  • Bleibt allerdings noch die Schwingungsstabilität der Achse 2, welche dann gegeben ist, wenn die Eigenfrequenz außerhalb des Bereichs der Erregerfrequenz liegt, so dass sich keine Resonanzerscheinungen entwickeln können.
  • Um dies zu erreichen, wird die Eigenfrequenz in Pressrichtung 6, wie bekannt, über die Erregerfrequenz während des Betriebs, aber quer zur Pressrichtung 6 unter diese Erregerfrequenz gelegt. Hierzu müssen die Flächenträgheitsmomente der Achse 2 in und quer zur Pressrichtung 6 entsprechend ausgelegt werden.
  • Da die Auslegung der Achsen 2 bei hohen Maschinengeschwindigkeiten von über 1500 m/min und Längen von mehr als 6 m ohnehin von der Eigenfrequenz und nicht von den Press- und Gewichtskräften geprägt ist, kann die Achse 2 quer zur Pressrichtung 6 wegen der geringeren Eigenfrequenz auch viel schmaler ausgebildet werden als in Pressrichtung 6.
  • Infolgedessen kann das Gewicht der Achse 2 wesentlich reduziert werden, ohne die Stabilität, insbesondere die Schwingungsstabilität zu beeinträchtigen.
  • Um sicherzustellen, dass die Erregerfrequenz nicht in den Bereich einer Eigenfrequenz kommt, wird die Eigenfrequenz quer zur Pressrichtung 6 um 20 % unter die minimale Erregerfrequenz, welche sich bei minimaler Betriebsgeschwindigkeit Vmin der Maschine ergibt, gelegt. Außerdem liegt, wie in Figur 2 zu sehen, die Eigenfrequenz a in Pressrichtung 6 20 % über der maximalen Erregerfrequenz, welche sich bei maximaler Betriebsgeschwindigkeit Vmax der Maschine einstellt.
  • Nimmt man beispielsweise an, dass die maximale Betriebsgeschwindigkeit Vmax der Konstruktionsgeschwindigkeit und die minimale Betriebsgeschwindigkeit Vmin der Hälfte der Konstruktionsgeschwindigkeit entspricht, so ergibt sich unter Berücksichtigung des Sicherheitsaufschlags auf 1,2 Vmax und des Sicherheitsabschlags auf 0,8 Vmin, dass die Eigenfrequenz der Achse in Pressrichtung 6 dreimal höher als quer zur Pressrichtung 6 sein muss.
  • Da die Eigenfrequenz a proportional der Wurzel aus dem Flächenmoment ist, muss das Flächenmoment in Pressrichtung 6 neunmal größer als das Flächenmoment quer zur Pressrichtung 6 sein.
  • Bei einem rechteckigen Querschnitt führt dies dazu, dass die Ausdehnung der Achse 2 in Pressrichtung 6 dreimal größer als quer zur Pressrichtung 6 ist.
  • Die durch die Erfindung mögliche Gewichtsreduzierung der Achse 2 ist so erheblich, dass das Durchfahren der Eigenfrequenz der Achse 2 quer zur Pressrichtung 6 beim Anfahren und Abbremsen in Kauf genommen werden kann, da dies ohnehin sehr schnell erfolgt.

Claims (15)

  1. Pressanordnung zur Behandlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (5) in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung derselben, mit wenigstens einem von einer Presswalze und einem Gegendruckelement gebildeten Pressspalt, wobei die Presswalze einen, um eine feststehende Achse (2) rotierbaren Walzenmantel (1) besitzt, welcher von einer Stützeinrichtung (3) der Achse (2) zur Bildung des Pressspaltes in Richtung (Pressrichtung 6) des Gegendruckelementes gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Frequenz der Pressspaltdurchläufe zwischen der Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) und der Eigenfrequenz der Achse (2) quer zur Pressrichtung (6) liegt.
  2. Pressanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gegendruckelement als Gegenwalze (4) ausgebildet ist.
  3. Pressanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) um wenigstens 50% höher als quer zur Pressrichtung (6) ist.
  4. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) um wenigstens 100 % höher als quer zur Pressrichtung (6) ist.
  5. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) um wenigstens 150 % höher als quer zur Pressrichtung (6) ist.
  6. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels (1) während des Betriebs mindestens 15 % kleiner als die Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) ist.
  7. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels (1) während des Betriebs mindestens 25 %, vorzugsweise mindestens 30 % kleiner als die Eigenfrequenz der Achse (2) in Pressrichtung (6) ist.
  8. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels (1) während des Betriebs mindestens 15 % über der Eigenfrequenz der Achse (2) quer zur Pressrichtung (6) liegt.
  9. Pressanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Frequenz der Pressspaltdurchläufe des Walzenmantels (1) während des Betriebs zumindest 25 %, vorzugsweise mindestens 30 % über der Eigenfrequenz der Achse (2) quer zur Pressrichtung (6) liegt.
  10. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Achse (2) einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Ausdehnung in Pressrichtung (6) wenigstens 2,5 mal, vorzugsweise wenigstens 3 mal größer als quer zur Pressrichtung (6) ist.
  11. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Achse (2) einstückig ausgeführt ist.
  12. Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Achse (2) aus Metall, vorzugsweise Stahl besteht.
  13. Anwendung der Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Faserstoffbahn (5) zur Glättung oder Entwässerung durch den Pressspalt geführt wird.
  14. Anwendung der Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kalander zur Glättung der Faserstoffbahn.
  15. Verfahren zur Steuerung der Pressanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rotationsgeschwindigkeit des Walzenmantels (1) in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz der Achse (2) dieser Presswalze in und quer zur Pressrichtung (6) gesteuert oder eingestellt wird.
EP07150126A 2007-02-12 2007-12-19 Pressanordnung Withdrawn EP1956136A3 (de)

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