Walze und Verfahren zur Vermeidung ihrer Schwingungen Roller and method for avoiding their vibrations
Die Erfindung betrifft eine Walze zur Behandlung einer Faserstoffbahn mit einem umlaufenden, auf einer drehfesten Achse gelagerten hohlen Walzenmantel, wobei der Ringraum zwischen Mantel und Achse durch wenigstens zwei axiale Dichtungen in wenigstens zwei Kammern geteilt ist, die zur Erzielung einer gewünschten Walzendurchbiegung mit Druckflui- den unterschiedlichen Drucks befüllbar sind. The invention relates to a roller for treating a fibrous web having a circumferential, mounted on a rotationally fixed axis hollow roll shell, wherein the annular space between shell and axis is divided by at least two axial seals in at least two chambers, which to achieve a desired roll deflection with Druckflui- the different pressure can be filled.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Vermeidung von Schwingungen in einem aus dieser Walze und einer Gegenwalze aufgebauten System. The invention further relates to a method for preventing vibrations in a system constructed from this roller and a counter-roller.
Die Rede ist demnach von einer in Fachkreisen als„Schwimmende Walze" oder„S-Walze" bezeichneten Walze. Diese Walzen werden heutzutage oft in (auf die Bahnbreite, der so genannten CD-Richtung, bezogen) schmaleren Kalandern eingesetzt. Der unterschiedliche Druck in den beiden Kammern reicht aus, um eine Durchbiegung zu erreichen, die sich im Wesentlichen der Krümmung der Gegenwalze anpasst. The speech is therefore of a in professional circles as "floating roller" or "S-roll" designated roller. Nowadays, these rolls are often used in narrower calenders (based on the web width, the so-called CD direction). The differential pressure in the two chambers is sufficient to achieve a deflection that substantially conforms to the curvature of the backing roll.
Die beiden Längsdichtungen in einer S-Walze sind bekannt. Sie erlauben den unterschiedlichen Druckaufbau in einer dem Nip zugewandten und einer dem Nip abgewandten halbmondförmigen Kammer. Vielfach gestatten sie sogar eine Hubbewegung des Mantels, ohne dass die Dichtigkeit verloren geht. Um Ungleichförmigkeiten im Temperaturverlauf auf dem Walzenmantel zu vermeiden, wird das Öl, das der höher druckbelasteten Kammer von einer Walzenzapfenseite aus zugeführt wird, über die zweite Kammer mit niedrigerem Druck wieder zugeleitet.
Bei breiteren Kalandern reicht diese Art von Walzen in der Regel nicht mehr aus, um ein gewünschtes Querprofil der Faserstoffbahn zu erzielen, so dass sogenannte„Nipco-Walzen" von der Anmelderin eingesetzt wer- den müssen, die wesentlich aufwändiger sind und eine kompliziertere An- steuerung verlangen. Bei diesen Walzen sind einzelne hydrostatische Stützelemente über die axiale Länge der Achse verteilt und wirken einzeln oder in Gruppen gegen den Mantel, um ihn entsprechend zu verformen. Bei der in der Erfindung verbesserten Walze handelt es sich um eine S- Walze, deren axiale Länge in der Größenordnung von 5 bis 8 m liegt. Dadurch, dass die heutigen Kalander immer schneller laufen müssen, kommt es auch bei Maschinen mit diesen Walzen häufiger zu dort bisher unbekannten Barringerscheinungen, die aus Eigenschwingungen des ganzen Systems heraus resultieren. The two longitudinal seals in an S-roll are known. They allow the different pressure build-up in a crescent-shaped chamber facing away from the nip and facing away from the nip. In many cases, they even allow a lifting movement of the jacket, without the tightness is lost. In order to avoid non-uniformities in the temperature profile on the roll shell, the oil which is supplied to the higher-pressure chamber from a roll neck side, fed back via the second chamber at lower pressure. With broad calenders, this type of roll is generally no longer sufficient to achieve a desired transverse profile of the fibrous web, so that so-called "Nipco rolls" have to be used by the applicant, which are considerably more complex and involve a more complicated application. In these rolls, individual hydrostatic support elements are distributed along the axial length of the axis and act individually or in groups against the shell to correspondingly deform it The roll improved in the present invention is an S-roll Due to the fact that today's calenders have to run faster and faster, machines with these rollers are more likely to experience barring phenomena that are previously unknown and that result from natural oscillations of the entire system.
Es gibt zahlreiche aus zwei Walzen bestehende Maschinen zur Papierbehandlung bei denen verschiedene Versuche zur Vermeidung von Schwingungen erprobt und auch zu Schutzrechten angemeldet wurden. Da sind zunächst die Systeme, die versuchen, den Walzenmantel über seine Lagerung zu dämpfen. Hier seien beispielsweise die DE 296 24 490 U1 und die DE 198 21 854 C1 genannt. Leider ist es so, dass Dämpfungen der Schwingungen des Systems bei den relevanten Frequenzen zwischen 100 und 400 Hz über ein typisches Wälzlager (in der Regel Pen- delrollenlager) kaum möglich sind. Auch aktive Systeme, die Kräfte in die Achse einleiten oder ein Biegemoment in die Achse einbringen, haben wenig Aussicht auf Erfolg, da die Kräfte oder Biegemomente nicht über die Pendelrollenlager übertragen werden können. Umgekehrt kann meist auch keine störende Schwingung des Walzenmantels an die Achse über- tragen werden und dort dann dissipativ vernichtet werden. Daher schwingt
der Walzenmantel beim Auftreten eines Barring-Problems an der Walze nahezu ungestört. There are numerous paper-handling machines consisting of two rolls in which various attempts have been made to avoid vibrations and have also been registered for industrial property rights. First, there are the systems that try to dampen the roll shell over its storage. Here, for example, DE 296 24 490 U1 and DE 198 21 854 C1 called. Unfortunately, it is hardly possible to dampen vibrations of the system at the relevant frequencies between 100 and 400 Hz via a typical rolling bearing (usually spherical roller bearings). Even active systems that introduce forces into the axle or bring a bending moment into the axle have little chance of success because the forces or bending moments can not be transmitted via the spherical roller bearings. Conversely, usually no disturbing oscillation of the roll mantle can be transmitted to the axis and then dissipatively destroyed there. Therefore, swing the roll shell at the occurrence of a barring problem on the roller almost undisturbed.
Die beschriebenen Maßnahmen sind bei S-Walzen auch deshalb nicht geeignet, um aktiv oder passiv Schwingungen des Walzenmantels im Bereich von 100 bis 400 Hz zu bekämpfen, da das große Ölvolumen im Inneren der schwimmenden Walze eine steife Ankoppelung von Achse und drehendem Mantel verhindert. Die in das System zusätzlich eingetragene Luft verhindert weiterhin, dass eine genügend hohe Ölsteifigkeit im Be- reich von > 900 N/mm2 entsteht. The measures described are therefore not suitable for S-rolls, to actively or passively combat vibrations of the roll shell in the range of 100 to 400 Hz, since the large volume of oil inside the floating roll prevents stiff coupling of the axis and rotating mantle. The additional air that is added to the system also prevents a sufficiently high oil rigidity in the range of> 900 N / mm 2 .
Aus diesem Grund setzt man bei zu erwartenden Schwingungsproblemen auch bei schmaleren Kalandern Walzen mit einzelnen hydrostatischen Stützelementen über die axiale Länge ein. For this reason, even with narrower calenders, rolls with individual hydrostatic support elements over the axial length are used for anticipated vibration problems.
Aus der DE 295 09 545 U1 ist eine Walze mit Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Herstellung oder Behandlung von Faserstoffbahnen, z.B. Papier- oder Kartonbahnen, bekannt. Es handelt sich auch um eine Walze mit einer stationären Zentralachse und mit einem um diese Zentralach- se rotierenden Walzenmantel. In der Zentralachse ist eine Reihe von z.B. zylindrischen Druckräumen vorgesehen, die sich in radialer Richtung erstrecken und je ein radial verschiebbares Stützelement aufnehmen. Jeder Druckraum kann mit einer Druckflüssigkeit gefüllt werden/ die eine hydraulische Stützkraft von der Zentralachse über das Stützelement auf den Walzenmantel überträgt, um so gezielt eine Durchbiegung des Walzenmantels einstellen zu können. Anstelle mehrerer Druckräume mit je einem Stützelement kann ein einziger langgestreckter Druckraum mit einem einzigen langgestreckten Stutzelement vorhanden sein. DE 295 09 545 U1 discloses a roller with a vibration damper, in particular for producing or treating fibrous webs, e.g. Paper or board webs, known. It is also a roller with a stationary central axis and with a roller shell rotating about this central axis. In the central axis is a series of e.g. provided cylindrical pressure chambers which extend in the radial direction and each receive a radially displaceable support member. Each pressure chamber can be filled with a pressure fluid / transfers a hydraulic support force from the central axis via the support member on the roll shell, so as to be able to adjust a deflection of the roll shell targeted. Instead of several pressure chambers, each with a support element, a single elongated pressure chamber with a single elongated support element may be present.
Zum Zuführen der Druckflüssigkeit in die Druckräume ist in der stationä- ren Zentralachse ein beispielsweise zentral angeordneter Zuführkanal
vorgesehen, der über je eine verengte Leitung (z.B. über einen Drosselkanal, mit jedem der Druckräume verbunden ist. Die Dämpfung wirkt hier demnach passiv. Der Aufwand, eine solche Walze zu fertigen und später anzusteuern, ist groß. For supplying the pressure fluid into the pressure chambers, there is, for example, a centrally arranged feed channel in the stationary central axis The damping is therefore passive, and the effort involved in producing and later controlling such a roller is great.
Eine andere Walzenausführung mit innen liegenden aktiven Aktuatoren zur Dämpfung von Schwingungen findet sich in der DE 100 08 800 B4. Walzen der dort beschriebenen Art sind in Kalandern einsetzbar. Allerdings ist die Verwendung teuer und es bedarf eines erheblichen konstruk- tiven und fertigungstechnischen Aufwandes. Eine Möglichkeit zur gezielten Einstellung einer Durchbiegung ist bei diesem Walzentyp nicht gegeben. Another type of roller with internal active actuators for damping vibrations can be found in DE 100 08 800 B4. Rolls of the type described therein can be used in calenders. However, the use is expensive and it requires a considerable constructive and manufacturing effort. One way to selectively adjust a deflection is not given in this type of roller.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Schwingungen am Mantel einer S- Walze im Betrieb zu reduzieren. It is the object of the invention to reduce the vibrations on the shell of an S-roll during operation.
Die Aufgabe wird vorrichtungsmäßig mit einer Walze gelöst, bei der mindestens eine aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrich- tung vorhanden ist. The object is achieved by the device with a roller, in which at least one actively controllable Kammervolumenveränderungseinrich- device is present.
Eine solche aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung schafft die Möglichkeit, kurzzeitige Druckstöße durch eine Volumenveränderung der mit einem Druckfluid gefüllten Kammer zu erreichen. Diese Druckstöße können eine gegenphasige Schwingung erzeugen und somit die Druckpulsation, welche durch die erste Achseigenfrequenz oder durch die erste Kontakteigenfrequenz des Systems entsteht auslöschen. Zumindest kann die Volumenveränderung, die durch die Kammervolumenver- änderungseinrichtung bewirkt wird, angenähert um 90° phasenversetzt zwischen den Schwingungen des Walzenmantel und der Schwingung der Achse eingestellt sein, so dass eine optimale Dämpfung erzielt wird. Eine
brauchbare Dämpfung wird bei einem Phasenversatz von wenigstens 50° bis 130° erwartet. In einem System mit einer Gegenwalze, also beispielsweise einem Softkalander, kann die aktiv ansteuerbare Kammervolumen- veränderungseinrichtung aus dem Inneren der S-Walze heraus aktive phasenverschobene Gegenschwingungen erzeugen, die zu einer deutlichen Verringerung der Schwingbewegungen führen. Such an actively controllable chamber volume changing device creates the possibility of achieving short-term pressure surges by changing the volume of the chamber filled with a pressurized fluid. These pressure surges can produce an antiphase oscillation and thus extinguish the pressure pulsation, which is caused by the first axis frequency or by the first contact natural frequency of the system. At least the volume change, which is caused by the Kammervolumenver- changing means, approximately 90 ° out of phase between the vibrations of the roll shell and the oscillation of the axis can be adjusted, so that an optimal damping is achieved. A useful damping is expected at a phase offset of at least 50 ° to 130 °. In a system having a mating roll, that is, for example, a soft calender, the actively controllable chamber volume changing device can generate active phase-shifted counter-vibrations from inside the S-roll, which lead to a significant reduction in the oscillating movements.
Vorzugsweise umfasst die Kammervolumenveränderungseinrichtung eine Membran. Über eine derartige Membran lässt sich das Volumen in einer Kammer leicht und vor allen Dingen schnell und präzise verändern. Es ist wichtig, dass das Volumen der Kammer pulsierend, also den auftretenden Schwingungen der Walze angepasst, verändert werden kann. Die Membran, die begrifflich auch durch einen Metalldeckel gebildet sein kann, ist bevorzugt rund oder auch viereckig aus- geführt. Selbstverständlich sind auch Kompositwerkstoffe aus Kunststoff und aus Metall für die Membran geeignet. Vielfach ist es sinnvoll, die Metallmembran/der Metalldeckel hydraulisch, mechanisch, piezoelektrisch oder durch elastomere Werkstoffe bzw. Druckspeicher vorzuspannen. Preferably, the chamber volume changing means comprises a membrane. Such a membrane makes it possible to change the volume in a chamber easily and, above all, quickly and precisely. It is important that the volume of the chamber pulsating, so adapted to the occurring vibrations of the roller, can be changed. The membrane, which may also be conceptually formed by a metal lid, is preferably round or quadrangular. Of course, composite materials made of plastic and metal are suitable for the membrane. In many cases, it makes sense to bias the metal membrane / the metal cover hydraulically, mechanically, piezoelectrically or by elastomeric materials or pressure accumulator.
Bevorzugt ist die Membran derart bewegbar, dass ein Kammervolumen um 0,01 - 0,5% vergrößer- bzw. verkleinerbar ist. Eine derart geringe Änderung des Volumens hat sich als ausreichend herausgestellt, um die Schwingungen in einer S-Walze nahezu vollständig aus- zulöschen. Preferably, the membrane is movable in such a way that a chamber volume can be increased or reduced by 0.01-0.5%. Such a small change in volume has proven to be sufficient to extinguish the vibrations in an S-roll almost completely.
Es ist vorteilhaft, wenn die Membran in einer Vertiefung der Achse ringsum abgedichtet ist. Innerhalb einer Vertiefung der Achse, beispielsweise einer Bohrung, ist eine Membrane, die ringsum abgedich- tet ist, besonders einfach zu realisieren. Sie kann zwischen zwei Rin-
gen bzw. Bünden eingeklemmt sein. Dabei besitzt sie dennoch die Freiheit, die Membranfläche beweglich zu halten, um das Volumen in einer Kammer verändern zu können. Es ist vorgesehen, die Membrane über den Druck des Druckfluids in der Kammer vorzuspannen. It is advantageous if the membrane is sealed in a recess of the axis all around. Within a depression of the axis, for example a bore, a membrane that is sealed all around is particularly easy to implement. It can be between two rings be clamped gene or frets. Yet it still has the freedom to keep the membrane surface movable in order to be able to change the volume in a chamber. It is contemplated to bias the diaphragm over the pressure of the pressurized fluid in the chamber.
Günstig ist es, wenn wenigstens ein Aktuator mit der Kammervolumen- veränderungseinrichtung verbunden ist. Beispielsweise kann der Aktuator direkt an der Membran anknüpfen und diese bewegen. Dadurch kann Schwingungen in der Walze sehr schnell begegnet werden. It is favorable if at least one actuator is connected to the chamber volume changing device. For example, the actuator can tie directly to the membrane and move it. As a result, vibrations in the roller can be countered very quickly.
Es ist möglich, dass der Aktuator in der Lage ist, mit hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch wirkenden Mitteln den Druck auf den Mantel auszuüben. Diese Mittel werden in erprobter Weise eingesetzt und sind relativ leicht und verschleißarm handhabbar. Jeder Kalander besitzt zudem sowieso eine hydraulische, pneumatische und elektrische Versorgung. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Aktuator wenigstens ein Piezoelement umfasst. Die Ausdehnung von Piezoelementen ist mit elektrischen Mitteln schnell und präzise steuerbar. Die Piezokeramiken sind rund oder bevorzugt rechteckig geformt. Die Stapelhöhe beträgt 5 bis 100 mm. Die Leistungselektronik wird außerhalb der Walze in einem Schaltschrank untergebracht. Über einen Kabelkanal kann eine sichere Stromzuführung gewährleistet werden. Die Betriebsspannung des Aktuators liegt bei +/-10 bis +/-1000 V. Die Aktuatoren können zu Gruppen zusammengefasst wer- den, die gemeinsam über eine Leistungselektronik getrieben werden oder auch einzeln angesteuert werden. Besonders leicht herzustellen ist folgende Lösung: es wird eine Einfräsung in die Achse in CD- Richtung eingebracht. Anschließend wird ein Einsatz gefertigt, der in die Einfräsung eingesetzt wird und alle Aktuatoren umfasst. Das
durch die Walze geleitete Druckfluid kann zusätzlich als Kühlmedium für die Aktuatoren dienen. It is possible that the actuator is capable of exerting pressure on the jacket with hydraulic, pneumatic or electromagnetic means. These agents are used in a proven manner and are relatively easy to handle and wear. Each calender also has a hydraulic, pneumatic and electrical supply anyway. However, it is particularly advantageous if the actuator comprises at least one piezoelectric element. The expansion of piezoelectric elements can be controlled quickly and precisely by electrical means. The piezoceramics are round or preferably rectangular in shape. The stack height is 5 to 100 mm. The power electronics are housed outside the roller in a control cabinet. Via a cable channel, a secure power supply can be ensured. The operating voltage of the actuator is +/- 10 to +/- 1000 V. The actuators can be grouped together, which are driven together by a power electronics or are individually controlled. The following solution is particularly easy to produce: a cut is made in the axis in the CD direction. Subsequently, an insert is made, which is inserted into the milling and includes all actuators. The pressure fluid conducted through the roller can additionally serve as a cooling medium for the actuators.
Vorzugsweise ist der Aktuator in der Vertiefung radial weiter innen in der Achse angeordnet ist als die Membran. Dadurch steht er nicht unter dem direkten Druck des Druckfluids. Vielmehr ist er geschützt und reibungsfrei arbeitend in der Vertiefung der Achse untergebracht. Preferably, the actuator in the recess is located radially further inwardly of the axis than the diaphragm. As a result, he is not under the direct pressure of the pressurized fluid. Rather, he is protected and working without friction housed in the recess of the axle.
Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass die Vertiefung einen Kühlfluidzu- und - ablauf aufweist. Das durch die Walze geleitete Druckfluid kann neben seinen anderen Aufgaben als Kühlmedium für die Aktuatoren dienen. In diesem Fall werden aufwändige separate Kühlbohrungen mit Außenanschlüssen vermieden. Bevorzugt wird der Druckraum über eine Druckfluidleitung versorgt, in der sich ein Drosselelement befindet. Durch Schwingungen verursachte Kräfte auf das Stützelement können mit Hilfe dieser Drosseln abgefangen werden. Die Drosseln dämpfen also zusätzlich auf passive Weise und können beispielsweise Bohrungs-, Sieb- oder Ringspaltdrosseln sein. Advantageously, it is ensured that the depression has a cooling fluid inlet and outlet. The pressurized fluid conducted through the roller can, in addition to its other tasks, serve as a cooling medium for the actuators. In this case, elaborate separate cooling bores with external connections are avoided. Preferably, the pressure chamber is supplied via a pressure fluid line, in which there is a throttle element. Due to vibrations forces on the support element can be intercepted with the help of these chokes. The throttles thus additionally dampen in a passive manner and can be, for example, bore, sieve or annular gap throttles.
Vorteilhaft ist an oder in der Walze eine Sensoranordnung angebracht, die mit einer Steuereinrichtung in Verbindung steht, die den mindestens einen Aktuator ansteuert. Als Sensoranordnung sind die verschiedensten Messapparaturen zu verstehen. Das reicht vom Drehzahlmesser bis hin zum Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer der Schwingungen, berührend wie berührungslos. Die Signale der Messergebnisse werden an eine Steuerungsvorrichtung weitergeleitet, die für eine wirkungsvolle aktive Ansteuerung des Aktuators sorgt, um die Walzenmantelschwingungen abzufangen.
Es ist günstig, wenn der vom Aktuator ausgeübte Druck über die Membran auf das Druckfluid einer Kammer im Betrieb pulsiert. Man wählt hier bevorzugt eine Frequenz, die mit der Systemeigenfrequenz interferiert, um die barringbildenden Schwingungen auszulöschen. Es hat sich her- ausgestellt, dass die Pulsation des Aktuators vorzugsweise in einem bestimmten Frequenzband erfolgt. Es ist dabei vorgesehen, dass der vom Aktuator ausgeübte Druck auf den Walzenmantel im Betrieb mit einer Frequenz von 100 bis 400 Hz pulsiert. Die Walzen sind in der Regel dazu gedacht, um mit einem Gegendruckelement, beispielsweise einer zweiten Walze einen Nip zu bilden, in dem einer Faserstoffbahn behandelt werden kann. Damit das Profil im Nip nicht unzulässig beeinflusst wird, ist es von Vorteil, wenn die Wirkrichtung aller Aktuatoren nicht durch den Nip geht. Advantageously, a sensor arrangement is mounted on or in the roller, which is in communication with a control device which controls the at least one actuator. As a sensor arrangement, the most diverse measuring apparatuses are to be understood. This ranges from the tachometer to the acceleration or speed sensor of the vibrations, touching as non-contact. The signals of the measurement results are forwarded to a control device, which provides for an effective active activation of the actuator to intercept the roll jacket vibrations. It is favorable if the pressure exerted by the actuator pulsates via the diaphragm to the pressure fluid of a chamber during operation. Here, it is preferable to select a frequency which interferes with the system natural frequency in order to cancel the barring-forming vibrations. It has been found that the pulsation of the actuator preferably takes place in a specific frequency band. It is provided that the pressure exerted by the actuator pressure on the roll shell in operation at a frequency of 100 to 400 Hz pulsates. The rolls are usually intended to form a nip with a counter-pressure element, for example a second roll, in which a fibrous web can be treated. So that the profile in the nip is not unduly influenced, it is advantageous if the effective direction of all actuators does not go through the nip.
Bevorzugt sind die Aktuatoren symmetrisch über die Länge und/oder den Umfang der Walze verteilt. Dadurch werden Einflüsse vermieden, die sich ungleichmäßig auf die Faserstoffbahn in ihrer Breite auswirken. Bekäme die Walze nur auf einer Seite einen„Bauch" durch den Aktuator, so würde die Bahn an dieser Stelle ggf. stärker verdichtet als woanders. Preferably, the actuators are distributed symmetrically over the length and / or circumference of the roller. This avoids influences that unevenly affect the width of the fibrous web. If the roller only had a "belly" through the actuator on one side, the web would possibly be more compacted at this point than elsewhere.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. So werden die Schwingungen in einer Walze gemäß Anspruch 1 dadurch vermieden, dass das Volumen einer Kammer pulsierend verändert wird. Jede Walze besitzt eine kennzeichnende Eigenfrequenz und eine eigene Steifigkeit. Diese sind heutzutage auf einfachem Weg mathematisch zu ermitteln. Für die Eigenfrequenz ist der Walzenmantel der S-Walze und dessen Lagerung ein wichtiger Einflussfaktor. Durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung über eine Volumenände- rung in der Kammer, beispielsweise mittels eines Aktuators und einer
Membran, kann die Steifigkeit und somit die Eigenfrequenz stark verändert werden, was wiederum dazu führt, dass Schwingungen vermieden werden. Es hat sich herausgestellt, dass in Systemen, beispielsweise einem Kalander, es ausreicht, mit einer pulsierenden Volumenänderung der Kammer durch einen Aktuator und eine Membran die meisten aus Eigenfrequenzen resultierenden Schwingungen zu vermeiden. Procedurally, the object of the invention is achieved by the features of claim 12. Thus, the vibrations are avoided in a roller according to claim 1, characterized in that the volume of a chamber is changed pulsating. Each roller has a characteristic natural frequency and its own rigidity. Nowadays, these can be determined mathematically in a simple way. For the natural frequency of the roll shell of the S-roll and its storage is an important factor. By an additional pressurization via a volume change in the chamber, for example by means of an actuator and a Membrane, the stiffness and thus the natural frequency can be greatly changed, which in turn means that vibrations are avoided. It has been found that in systems, for example a calender, it is sufficient to avoid most oscillations resulting from natural frequencies with a pulsating volume change of the chamber by means of an actuator and a diaphragm.
Es ist vorteilhaft, wenn bei der Volumenänderung zur Aktivierung der Schwingungsvermeidung auch der Druck in der Druckkammer verändert wird. Ein pulsierende Druckbeaufschlagung über das Druckfluid auf den Mantel kann bei Einstellung der richtigen Frequenz, die Schwingungen des Mantels fast vollständig auslöschen. It is advantageous if, in the change in volume to activate the vibration avoidance and the pressure in the pressure chamber is changed. A pulsating pressurization of the jacket by the pressurized fluid, when set to the correct frequency, can almost completely cancel the vibration of the jacket.
Vorzugsweise wird die Ausdehnung der Kammervolumenveränderungs- einrichtung geregelt aufgrund von Schwingungsmessungen. Das ermöglicht eine gezieltere und frequenzgesteuerte pulsierende Druckbeaufschlagung auf den Walzenmantel, die sich ergebende Schwingungen noch besser dämpft. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der Figur Preferably, the expansion of the chamber volume changing device is regulated based on vibration measurements. This allows a more targeted and frequency-controlled pulsating pressurization on the roll shell, which dampens the resulting vibrations even better. The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the drawing. This shows in the figure
eine schematische geschnittene Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen S-Walze. a schematic sectional cross-sectional view of an S-roll according to the invention.
Die Walze 1 arbeitet zusammen mit einem lediglich als Pfeil angedeuteten Gegendruckelement 3, beispielsweise einer zweiten Walze, um zwischen ihnen in einem sogenannten Nip eine Faserstoffbahn zu behandeln.
Die Walze 1 besitzt einen rotierenden Walzenmantel 4 und eine feststehende Achse 5. Zwischen beiden sind Längsdichtungen 6 vorgesehen, die den Ringraum 7 in eine obere Kammer 8 und einen untere Kammer 9 teilen. Diese Kammern sind mit einem Druckfluid, in der Regel Öl, unter- schiedlichen Drucks gefüllt. Als Zu- bzw. Abführkanäle dieser Kammern 8, 9 für das Druckfluid sind die Kanäle 10 vorgesehen. Unterschiedliche Drücke in den Kammern 8 und 9 erlauben der Walze 1 eine Durchbiegung, die sich an die des Gegendruckelements 3 anpassen kann. Das System aus Walze 1 und Gegendruckelement 3 tendiert aus unterschied- lichsten Gründen, beispielsweise Unebenheiten der zu behandelndenThe roller 1 works together with an indicated only as an arrow counter-pressure element 3, for example, a second roller to treat between them in a so-called nip a fibrous web. The roll 1 has a rotating roll shell 4 and a fixed axis 5. Between the two longitudinal seals 6 are provided, which share the annulus 7 in an upper chamber 8 and a lower chamber 9. These chambers are filled with a pressurized fluid, usually oil, under different pressure. As inlet and outlet channels of these chambers 8, 9 for the pressurized fluid, the channels 10 are provided. Different pressures in the chambers 8 and 9 allow the roller 1 a deflection which can be adapted to that of the counter-pressure element 3. The system of roller 1 and counter-pressure element 3 tends for a variety of reasons, such as unevenness of the treated
Faserstoffbahn oder Unrundheiten in der Walze, zu Schwingungen. Diese sind nur schwer über die Lagerung zu dämpfen. Deshalb ist zu diesem Zweck eine aktiv ansteuerbare Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 eingesetzt, die in einer Vertiefung 13 der Achse 5 untergebracht ist. Die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 besteht aus einer in der Vertiefung 13 seitlich abgedichteten Membran 12 und einem Aktuator 1 1 . Der Aktuator setzt sich im Wesentlichen aus Piezoelementen 15 zusammen, die über Energieleitungen 16 ansteuerbar sind. Die Betriebsspannung des Aktuators liegt bei +/-10 bis +/-1000 V. Über den Aktuator 1 1 kann die Membran 12 bewegt werden, um den Raum in der Kammer 8 entsprechend den Schwingungen zu vergrößern oder zu verkleinern. Dabei ist bevorzugt eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Kammervolumens um 0,01 - 0,5% vorzunehmen. Der dadurch erzeugte Druckunterschied wirkt pulsierend gegen die Schwingungen und zwar entweder gegenpha- sig, um die Schwingungen auszulöschen, oder um ca. 90° phasenversetzt, um die Schwingung zu dämpfen. Die Kammervolumenverände- rungseinrichtung 2 arbeitet also aktiv gegen die Schwingungen. Fibrous web or discontinuities in the roll, to vibrations. These are difficult to dampen over storage. Therefore, an actively controllable chamber volume change device 2 is used for this purpose, which is housed in a recess 13 of the axis 5. The chamber volume change device 2 consists of a laterally sealed in the recess 13 membrane 12 and an actuator 1 first The actuator is composed essentially of piezoelectric elements 15, which can be controlled via power lines 16. The operating voltage of the actuator is +/- 10 to +/- 1000 V. About the actuator 1 1, the diaphragm 12 can be moved to increase the space in the chamber 8 in accordance with the vibrations or reduce. In this case, it is preferable to increase or decrease the chamber volume by 0.01-0.5%. The difference in pressure created thereby acts as a pulsating measure against the vibrations, either in antiphase to extinguish the vibrations, or out of phase by about 90 ° in order to damp the vibration. The chamber volume change device 2 thus actively works against the vibrations.
Die Membran 12 ist nahe der Oberfläche der Achse 5 innerhalb der Ver- tiefung 13 ringsum gehalten und durch eine ringförmige Dichtung 14 ab-
gedichtet, so dass der Druck aus der Kammer 8 nicht direkt auf den Aktu- ator wirken kann. Das Kammervolumen erstreckt sich über den halbmondförmigen halben Ringraum 7, bis hin zu der Membran 12. Diese aktive Schwingungsdämpfung kann zudem unterstützt werden, indem im Zu- oder Ablauf 10 der Kammern in der Zeichnung nicht dargestellte Drosseln angeordnet sind. Weiterhin sind Leitungen 17, 18 aus den Kammern 8, 9 zum Aktuator 1 1 vorgesehen. Das Druckfluid, das aus Kammer 8 kommend über die Leitung 17, vorbei am Piezoelement 15, durch die Leitung 18 in die Kammer 9 mit dem geringeren Druck fließt, kühlt demnach auch den Aktuator 1 1 . The membrane 12 is held around the surface of the axis 5 within the depression 13 and is surrounded by an annular seal 14. sealed, so that the pressure from the chamber 8 can not act directly on the actuator. The chamber volume extends over the half-moon-shaped half annular space 7, up to the membrane 12. This active vibration damping can also be supported by chokes are not shown in the inlet or outlet 10 of the chambers arranged in the drawing. Furthermore, lines 17, 18 from the chambers 8, 9 to the actuator 1 1 are provided. The pressurized fluid, which flows from chamber 8 via the line 17, past the piezoelectric element 15, flows through the line 18 into the chamber 9 with the lower pressure, accordingly also cools the actuator 1 1.
Hilfreich gibt eine Sensoranordnung 19 zur Messung von Schwingungen ihre Messsignale über eine Steuerleitung 20 an eine Steuereinrichtung 22 weiter, die wiederum - über die Steuerleitung 21 angedeutet - dafür sorgt, dass die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 den Druckkammerraum 8 mit einem pulsierenden Druck derart versorgt wird, dass die Schwingungen des Systems interferierend reduziert werden. Es wird also über die Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 eine Gegenschwin- gung mit Druck auf den Mantel 4 eingeleitet. Als Sensoren eignen sich Beschleunigungssensoren, kapazitive Sensoren, Drucksensoren, optische Sensoren etc. A sensor arrangement 19 for measuring vibrations advantageously sends its measuring signals via a control line 20 to a control device 22, which in turn - indicated via the control line 21 - ensures that the chamber volume changing device 2 is supplied with a pulsating pressure to the pressure chamber space 8 such that the Oscillations of the system are reduced interfering. Thus, a counter-vibration with pressure on the jacket 4 is introduced via the chamber volume change device 2. Suitable sensors are acceleration sensors, capacitive sensors, pressure sensors, optical sensors, etc.
Der Aktuator 1 1 hat seine Wirkrichtung nicht zum mit dem Gegendruck- element 3 gebildeten Nip hin. Dadurch werden negative Druckeinflüsse der Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 auf die Behandlung der Faserstoffbahn vermieden.
Bezugszeichenliste The actuator 1 1 does not have its effective direction towards the nip formed with the counterpressure element 3. As a result, negative pressure influences of the chamber volume change device 2 on the treatment of the fibrous web are avoided. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Walze 1 roller
2 Kammervolumenveränderungseinrichtung 2 chamber volume change device
3 Gegendruckelement 3 counter-pressure element
4 Walzenmantel 4 roll jacket
5 Achse 5 axis
6 Längsdichtung 6 longitudinal seal
7 Ringraum 7 annulus
8 obere Kammer 8 upper chamber
9 untere Kammer 9 lower chamber
10 Kanal 10 channels
1 1 Aktuator 1 1 actuator
12 Membran 12 membrane
13 Vertiefung 13 deepening
14 Dichtung 14 seal
15 Piezoelement 15 piezo element
16 Energieleitung 16 power line
17 Kühlfluidzuführleitung 17 cooling fluid supply line
18 Kühlfluidabführleitung 18 Kühlfluidabführleitung
19 Sensoranordnung 19 sensor arrangement
20 Steuerleitung 20 control line
21 Steuerleitung 21 control line
22 Steuereinrichtung
22 control device