EP2436838A1

EP2436838A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kalanders

Info

Publication number: EP2436838A1
Application number: EP11181766A
Authority: EP
Inventors: Alexander Stengler
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2012-04-04
Also published as: DE102010041615A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung, insbesondere eines Kalanders einer Papier-, Tissue- oder Kartonmaschine, mit mehreren Walzen die gegeneinander gedrückt werden und zueinander einen Walzenspalt bilden, durch den eine Faserstoffbahn durchführbar ist und behandelt und angetrieben wird, mit einem übergeordneten Rechner (1), einem Hauptantriebs- (2) und mindestens einem Folgeantriebsregler (3), wobei der Hauptantriebsregler (2) sowie der mindestens eine Folgeantriebsregler (3) unabhängig voneinander Vorgabewerte (6a, b 8a, b) von dem übergeordneten Rechner (1) erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung, insbesondere eines Kalanders einer Papier-, Tissue- oder Kartonmaschine, mit mehreren Walzen die gegeneinander gedrückt werden und zueinander einen Walzenspalt bilden, durch den eine Faserstoffbahn durchführbar ist und behandelt und angetrieben wird.
In einem Kalander wird die Faserstoffbahn mehrfach durch den Nip zweier aufeinander gepresster Walzen geführt und transportiert. Dadurch wird die Oberfläche der Faserstoffbahn geglättet und im Oberflächenbereich verdichtet.
Beim Betrieb des Kalanders kommt es allerdings nach einer gewissen Betriebszeit regelmäßig zu dem sogenannten Barringeffekt, einer ungleichmäßigen Abnutzung der Walzenoberfläche, die dazu führt, dass die Walzen sozusagen zum Vieleck werden und nicht mehr brauchbar sind.
Kommt es zum Barringeffekt bewirkt dies nicht nur, dass es zu streifenförmigen Markierungen an den Walzen kommt, sondern es kommt auch zu unerwünschten streifenförmigen Mustern auf der Faserstoffbahn wie einer Papierbahn, die ab dem Zeitpunkt der Sichtbarkeit zum Ausschuss der Faserstoffbahn führen.
Walzen bei denen der Barringeffekt aufgetreten ist, müssen abgedreht oder überschliffen werden.
Zur Verminderung des Barringeffekts ist in der DE 100 08 800 A1 vorgeschlagen worden, im Innenraum einer Walze eine aktive Schwingung zu erzeugen, die auf den Walzenmantel wirkt. Mit diesen Schwingungen erzeugt man sozusagen Gegenschwingungen zu den Schwingungen, die sich im Kalander im Betrieb ausbilden. Die Umsetzung ist allerdings mit erheblichem Aufwand verbunden.
In der DE 10 221 680A1 wir vorgeschlagen, dass mindestens eine Walze eine steuerbare Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung aufweist, die ein auf eine andere Walze einwirkendes Magnetfeld in Abhängigkeit von Signalen einer Sensoranordnung erzeugt. Auch diese Lösung bedeutet einen erheblichen Mehraufwand.
Die beiden einen Nip bildenden Walzen eines Kalanders werden in der Regel motorisch angetrieben. Unter Berücksichtigung des Bahnzuges, der zu leistenden Walkarbeit, der Reib- und Beschleunigungsleistung und des Lastverteilungsfaktors werden die Antriebe über eine Drehmomentvorsteuerung geregelt.
Da die tatsächlichen Reib- und Walkverluste mit den empirisch ermittelten Werten auf Dauer nicht übereinstimmen und die tatsächlichen Bahnzüge vom Sollwert abweichen, entspricht die Drehmomentvorsteuerung der Antriebe nicht genau der momentan vorhandenen Last.
Zur Korrektur wird das Ausgangssignal des Drehzahlreglers einer Kalanderwalze verwendet, mit dem die Drehmomentsollwerte beider Antriebe beeinflusst werden. Das führt dazu, dass immer beide Walzen gleichzeitig die Geschwindigkeit an den Geschwindigkeitssollwert anpassen.
Bedingt durch den technologischen Prozess in einer Anlage, wie z.B. einer Papiermaschine, variieren die Bahnzüge, das Dickenprofil und andere Faserstoffbahneigenschaften oft erheblich.
Dabei kommt es auch zu periodisch in Längsrichtung auftretende Schwankungen, die dazu führen, dass die Antriebsregelung der Kalanderantriebe diese ebenfalls periodisch regelt.
Bei dem herkömmlichen Antriebskonzept wird die erforderliche Antriebsleistung entsprechend dem Lastverteilungsfaktor zwischen dem Hauptantrieb und Folgeantrieb aufgeteilt.
Ändern sich die Bedingungen, wie z.B. die Reibungsverluste des Folgeantriebs, entsteht bei gleicher Lastverteilung eine Differenz der Umfangskräfte zwischen Walze 1 (Hauptantrieb) und Walze 2 ( Folgeantrieb). Diese Umfangskräfte variieren mit den Änderungen der Faserstoffbahneigenschaften.
Wie jedes periodische Signal, lässt sich die Umfangskraftdifferenz zwischen Walze 1 und Walze 2 in eine Endlosreihe von Sinus-Komponenten verschiedener Frequenzen zerlegen, die auch Frequenzen mit ganzzahligen mehrfachen der Walzendrehfrequenz aufweisen. Hat eine dieser Sinus-Komponenten eine deutlich größere Amplitude, ist der Barringeffekt unvermeidbar.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betreiben eines Kalanders bereitzustellen, bei dem der Barringeffekt verringert oder verhindert wird.
Die Aufgabe wird mittels des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Kalanderantrieb, der Eingangs genannten Art, dadurch gelöst, dass der Hauptantriebsregler des Hauptantriebs der Walze 1 sowie der mindestens eine Folgeantriebsregler für den Folgeantrieb der Walze 2 usw. von einem übergeordneten Rechner unabhängig voneinander Sollwertvorgaben und/oder Vorgabewerte erhalten.
Dadurch wird verhindert, dass periodische Schwankungen von einem Antrieb auf den anderen übertragen werden. Schwankungen bei der Materialzuführung, die zu Drehzahlschwankungen bzw. Lastschwankungen an einer der Walzen führen, werden nicht zwischen den Kalanderwalzenantrieben übertragen, so dass es zu keinen periodisch auftretenden Umfangskraftschwankungen kommen kann.
Erfindungsgemäß wird einem in der Hauptantriebsregelung sowie in der mindestens einen Folgeantriebsregelung enthaltenen Drehzahlregler der gleiche Drehzahlvorsteuerwert zugeführt.
Ebenso wird einem in der Hauptantriebsregelung sowie in der mindestens einen Folgeantriebsregelung enthaltenen Summenglied ein Drehmomentvorsteuerwert zugeführt, wobei die Drehmomentvorsteuerwerte sich zumindest durch einen Lastverteilungsfaktor unterscheiden, so dass eine Anpassung an die Erfordernisse der Hauptantriebsreglung sowie die mindestens eine Folgeantriebsreglung erfolgen kann.
Der Lastverteiler ist derart ausgelegt, dass die Last entsprechend einem Lastverteilungs-, einem Bahnzugvorsteuerungs- und/oder einem Walkarbeitsfaktor aufgeteilt wird.
In der Hauptantriebssteuerung werden der Drehmomentvorsteuerwert und das Ausgangssignal vom Drehzahlregler über ein Summenglied zusammengeführt und daraus der Drehmomentsollwert gebildet.
In der Folgeantriebsreglung werden der Drehmomentvorsteuerwert und das Ausgangssignal vom Drehzahlregler über eine Todsummenglied in einem Summenglied zusammengeführt werden, wobei der Drehmomentvorsteuerwert, zumindest solange die dem Todsummenglied vorgegebenen Drehzahlgrenzen nicht überschritten werden, direkt den Drehmomentsollwert bildet.
Des Weiteren werden in die Drehmomentvorsteuerwerte die Trägheit der entsprechenden Walze, der Reibfaktor und das Beschleunigungsverhalten mit eingerechnet.
Allgemein gilt, dass die Gesamtlast der Antriebsmotoren folgende Komponenten beinhaltet:

Reibungsverluste der Walzenlager;
Beschleunigungsleistung;
Walkarbeit;
Bahntransportleistung, bedingt durch Differenz zwischen Bahnzug vor und Bahnzug nach dem Kalander.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In dieser zeigt:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Ausführung der Antriebsregelung für einen Kalander mit zwei Kalanderwalzen

Die dargestellte Regelung besteht aus einem übergeordneten Rechner 1 sowie aus einer Hauptantriebsregelung 2 und einer Folgeantriebsregelung 3. In den Rechner 1 werden Geschwindigkeitssollwert, Lastverteilungsfaktor 9 und Werte zur Vorsteuerung von Bahnzug und Walkarbeit zugeführt.
Innerhalb des Rechners 1 werden die Vorgabewerte und Faktoren entsprechend dem Stand der Technik weiterverarbeitet und die entsprechenden Drehzahlvorsteuerwert 6a, b und Drehmomentvorsteuerwerte 8a, b berechnet, die dann an den Hauptantriebsregler 2 bzw. den Folgeantriebsregler 3 übertragen werden.
Dabei unterscheidet sich der Drehmomentvorsteuerwerte 8a, b für die Hauptantriebsregelung 2 und für die Folgeantriebsregelung 3 durch die Verteilung der Last entsprechend der vorgegebenen Faktoren 9, 12.
Der Drehzahlvorsteuerwerte 6a, b die dem jeweiligen Drehzahlregler 4, 5 zugeführt werden sind dagegen identisch.
In der Hauptantriebssteuerung 2 werden der Drehmomentvorsteuerwert 8a und das Ausgangssignal 10a vom Drehzahlregler 4 über ein Summenglied 7a zusammengeführt und daraus der Drehmomentsollwert 11a gebildet.
In der Folgeantriebsreglung 3 ist hinter dem Drehzahlregler 4 ein Totzonenglied 13 angeordnet. Das Totzonenglied 13 bewirkt, dass das Ausgangssignal 10b in das Summenglied 7b im Normalbetrieb gleich null ist, zumindest solang die vorgegebenen Drehzahlgrenzen nicht überschritten werden. Somit bildet der Drehmomentvorsteuerwert 8b zumindest im Normalbetrieb direkt den Drehmomentsollwert 11b. Durch die unterschiedliche Drehmomentsollwertermittlung sind die beiden Antriebe in der Art voneinander entkoppelt, dass Drehzahlschwankungen bzw. Lastschwankungen an einer der Walzen nicht zwischen den Kalanderwalzenantrieben übertragen werden können, so dass es zu keinen periodisch auftretenden Umfangskraftschwankungen kommen kann.

Bezugszeichenliste

1: übergeordneten Rechner
2: Hauptantriebsregler
3: Folgeantriebsregler
4, 5: Drehzahlregler
6a, b: Drehzahlvorsteuerwert
7a, b: Summenglied
8a, b: Drehmomentvorsteuerwert
9: Lastverteilungsfaktor
10a, b: Ausgangssignal
11 a, b: Drehmomentsollwert
12: Lastverteilungs-, Bahnzugvorsteuerungs- und/oder Walkarbeitsfaktor
13: Totzonenglied

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Walzenanordnung, insbesondere eines Kalanders einer Papier-, Tissue- oder Kartonmaschine, mit mehreren Walzen die gegeneinander gedrückt werden und zueinander einen Walzenspalt bilden, durch den eine Faserstoffbahn durchführbar ist und behandelt und angetrieben wird, mit einem übergeordneten Rechner (1), einem Hauptantriebs- (2) und mindestens einem Folgeantriebsregler (3), wobei der Hauptantriebsregler (2) sowie der mindestens eine Folgeantriebsregler (3) unabhängig voneinander Vorgabewerte (6a, b 8a ,b) von dem übergeordneten Rechner (1) erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass einem in der Hauptantriebsregelung (2) sowie in der mindestens einen Folgeantriebsregelung (3) enthaltenen Drehzahlregler (4, 5) der gleiche Drehzahlvorsteuerwert (6a, b) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass einem in der Hauptantriebsregelung (2) sowie in der mindestens einen Folgeantriebsregelung (3) enthaltenen Summenglied (7a, b) ein Drehmomentvorsteuerwert (8a, b) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehmomentvorsteuerwerte (8a, b) sich zumindest durch einen Lastverteilungsfaktor (9) unterscheiden, so dass eine Anpassung an die Erfordernisse der Hauptantriebsreglung (2) sowie die mindestens eine Folgeantriebsreglung (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lastverteiler die Anpassung entsprechend einem Lastverteilungs-, Bahnzugvorsteuerungs- und/oder Walkarbeitsfaktor aufteilt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Hauptantriebssteuerung (2) der Drehmomentvorsteuerwert (8a) und das Ausgangssignal (10a) vom Drehzahlregler (4) über ein Summenglied (7a) zusammengeführt werden und daraus der Drehmomentsollwert (11a) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Folgeantriebsreglung (3) der Drehmomentvorsteuerwert (8b) und das Ausgangssignal (10b) vom Drehzahlregler (5) über eine Todsummenglied (13) in einem Summenglied (7b) zusammengeführt werden, wobei der Drehmomentvorsteuerwert (8b), zumindest solange die dem Todsummenglied (13) vorgegebenen Drehzahlgrenzen nicht überschritten werden, direkt den Drehmomentsollwert (11 b) bildet.
Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
dass in die Drehmomentvorsteuerwerte (8a, b) die Trägheit der entsprechenden Walze, der Reibfaktor und das Beschleunigungsverhalten mit eingerechnet.