FI79571C - Foerfarande foer pressbehandling av materialbanor, boejningsreglerad vals och i samband med denna anvaend ventilanordning. - Google Patents

Description

79571 1 Menetelmä ainesratojen puristuskäsittelyssä, taipumasäädetty tela ja sen yhteydessä käytetty venttiililaite Förfarande vld pressbehandllng av materialbanor, 5 böjningsreglerad vals och 1 samband med denna använd ventilanordning 10 Keksinnön kohteena on menetelmä ainesratojen kuten paperi- tai kartonki-ratojen puristuskäsittelyssä, jossa käsiteltävä rata johdetaan kahden vastakkaisen puristuselementin, kuten purlstustelan ja/tai puristus-kengän muodostaman puristusvyöhykkeen läpi ja jossa menetelmässä purlstustelan tai -kengän vaipan tai vastaavan radan liikesuuntaan 15 nähden poikittaista profiilia hallitaan sarjalla hydrauliikkaelement-tejä, joita kuormitetaan hydrauliikkaväliaineen säädettävissä olevilla paineilla.

Lisäksi keksinnön kohteena on paperi- tai kartonkikonelssa tai jälkl-20 käsittelylaitteissa käytettävä taipumasäädetty tk-tela, joka käsittää stationäärisen keskiakselin, sen ympärille pyöriväksi järjestetyn tela-vaipan, joka on tarkoitettu muodostamaan vastaelementin kanssa puristus-vyöhyke ja johon kesklaksellin on sovitettu joukko kuormituselementtejä, jotka elementit käsittävät llukukengän, joilla on liukupinta telavalpan 25 sisäpintaa vasten sekä kuormitusmännän tai vastaavan, joka toimii kuor-mitussylinterissä, joihin kuormitussylintereihin on johdettavissa säädettävä ER-palneväliaineen paine.

Keksinnön kohteena on myös keksinnön menetelmässä ja tk-telassa käytet-30 tävä sähköisesti ohjattu venttiililaite.

Ennestään tunnetaan erilaisia talpumasäädettyjä ja -kompensoituja paperikoneen teloja, joista myöhemmin käytetään yleisnimitystä tk-tela. Tk-teloja käytetään yleisesti paperikoneissa tai paperin jälkikäsittely-35 laitteissa puristinteloina ja kalanteriteloina. Tunnettujen tk-telojen rakenne on yleensä sellainen, että niissä on stationäärinen keskiakseli ja sen ympärillä pyörivä vaippa. Keskiakselin ja vaipan välissä on sarja 2 79571 1 hydraulisilla männillä kuormitettuja, telavaipan sisäpintaan painettavia liukukenklä, joiden avulla telavaipan taipumaa ja tk-telan vastatelansa kanssa muodostaman nipin puristuspaineen profiilia tk-telan akslaalisuun-nassa säädetään. Tk-telojen rakenteen yksityiskohtien osalta viitataan 5 esimerkkinä hakijan FI-patenttihakemuksiin nrot 880515 ja 881974.

Taipumakompensoidun telan puristusprofiilin säätömenetelmän osalta viitataan hakijan FI-patenttihakemukseen n:o 870774 (vast. US-hak. n:o 085 358).

10

Tk-telojen profiilisäätöön on ennestään tunnetusti käytetty hydrauli-ja ohjaustekniikkaa siten, että liukukengät on järjestetty useamman esim. 6-8 kenkää sisältäviin lohkoihin, joihin kuhunkin lohkoon on johdettu oma hydrauliikkaputki, johon syötettävän väliaineen painetta on Ί5 erikseen säädetty. Kyseisten lohkojen ja painesäätöalueiden lukumäärä voi olla korkeintaan n. 6-8, koska jokaiselle noin 50 eri kuormitus-kengälle erillisen paineputken järjestäminen telan sisälle ja sinne johtaminen on käytännössä mahdoton.

20 Voitaisiin ajatella mahdolliseksi sovittaa esim. telan sisälle kunkin hydraulisen kuormituselementin yhteyteen ulkopuolelta kaukosäädettävä paineenalennusventtiili. Tällainen järjestely tunnettuja venttiilejä käyttäen tulisi kuitenkin käytännössä toteutuskelvottomaksi jo senkin takia, että mekaanisia liikkuvilla osilla varustettuja venttiilejä ei 25 käytännössä saada riittävän toimintavarmoiksi, koska yhdenkin venttiilin toimintahäiriö tai vioittuminen saattaisi koko telan epäkuntoon, mistä aiheutuisi paperikoneilla pitkiäkin seisokkeja.

Edellä mainittujen 6-8 paineen säätölohkon käytöllä ei yleensä päästä 30 aivan niin tarkkaan telavaipan taipumaprofiilin säätöön kuin olisi suotavaa. Toisaalta painealueiden rajoitettu määrä johtaa taipumasäädön hankaluuksiin tai monimutkaiseen säätöjärjestelmään ja sen stabiilisuus-: ja muihin hallintaongelmiin.

35 Tässä keksinnössä hyödynnettävän ER-ilmiön (ER Electro Rheological) ja sen ennestään tunnettujen sovellutusten osalta viitataan US-patenttiin 2,417,850 ja lehtiartikkeliin Machine Design/January 21,1988 s.42-46:

II

1 Duclos, Acker, Carlson; "Fluids That Thicken Electrically". ER-ilmiöitä hyödyntävien venttiilirakenteiden osalta viitataan SU-patentteihin n:ot 673793 ja 885602.

3 79571 5 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää uusi menetelmä aines-ratojen puristuskäsittelyssä, uusi profiilisäädetty tk-tela sekä uusi venttiililaite, joita hyväksikäyttäen edellä kosketellut ongelmat voidaan suurelta osin välttää.

10 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen profiilisäädetty tk-tela kuten puristintela tai kalanteritela, jossa voidaan käyttää riittävän suurta paineensäätölohkojen lukumäärää niin, että tk-telan vaipan ja sen muodostaman nipin paineproflilla voidaan hallita riittävän tarkasti entistä helpommin ja yksinkertaisemmin säätölaittein.

15

Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen profiilisäädetty tk-tela ja sen yhteydessä käytettävä venttiililaite, joissa rakenteet saadaan yksinkertaisiksi ja varmatoimisiksi, jotta tk-tela ei aiheuttaisi seisokkeja paperikoneen tai paperin jälkikäsittelylaltteen toi-20 mintaan.

Esillä olevan keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, tk-tela ja sen yhteydessä käytettävä venttiililaite, joka on edullisesti kytkettävissä paperikoneen säätöjärjestelmään, myös 25 sellaiseen suljettuun säätöjärjestelmään, jossa kyseisen tk-telan muodostaman nipin läpi johdetun rainan ominaisuuksia ja polkkisuuntaista ominaisuusprofiilia mitataan ja näiden mittaustulosten avulla säädetään tk-telan muodostaman nipin puristuspaineprofiilia.

30 Vaikka edellä ja seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla lähinnä tk-teloihin, on ymmärrettävää, että keksinnön mukaista menetelmää ja venttiililaitteita voidaan käyttää myös erilaisten ennestään tunnettujen ns. pitkänippipuristuslaitteiden yhteydessä, jotka käsittävät joko vasta-telan ja pitkänippikenkäelimen muodostaman puristusvyöhykkeen tai kahden 35 pitkänippikenkäelimen muodostaman puristusvyöhykkeen, joiden poikittaista puristuspaineprofiilia säädetään keksinnön mukaista menetelmää ja/tai keksinnön mukaisia venttiililaitteita hyväksikäyttäen.

* 79571 1 Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että hydrauliikkaelementteihin johdettavan painevällalneen paineita säädetään ER-ilmiöön, ER * Electro Rheological, perustuvilla paineen-5 alennusventtiileillä, joita ohjataan sähkösignaalien sarjalla puristus-telan tai vastaavan puristuskengän ulkopuolelta.

Keksinnön mukaiselle profiilisäädetylle telalle on puolestaan tunnusomaista se, että kuhunkin kuormitussylinteriin tai -sylinteriryhmään on 10 johdettu väliaineen paine ER-ilmiöön, ER = Electro Rheological, perustuvan paineenalennusventtiilin kautta, että eri kuormltuselementteihin johdetaan väliaine saman tai samojen tuloputkien kautta, että kuormitus-väliaineena on sellainen ER-neste, sopivimmin ER-öljy, jonka viskositeetti on muutettavissa sähkökentän muutosten avulla ja että mainitut 15 ER-venttiilit on järjestetty telan ulkopuolelta sähköjännitteiden sarjan ohjaamaksi.

Keksinnön mukaiselle venttiilille on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että venttlililaite on rakenteeltaan staattinen käsittäen 20 ainakin kaksi toisistaan sähköisesti eristettyä vastakkaista elektrodia, jotka ovat pienen elektrodivälin päässä toisistaan, että mainittu elek-trodiväli rajoittaa venttiilin virtauskanavaa, joka on yhdistetty toiselta puoleltaan venttiilin tulopuolelle ja toiselta puoleltaan venttiilin lähtöpuolelle, ja että mainitut elektrodit on yhdistetty säädet-25 tävään tasasähkölähteeseen, jolla venttiilin elektrodien välisen vir-tauskanavan kautta johdettavan ER-nesteen painehäviötä on muutettavissa vaikuttamalla elektrodien välisellä sähkökentällä mainitun ER-nesteen viskositeettiin.

30 Käytettäessä keksinnön mukaisesti tk-telan llukukenklen kuormitusmäntiin johdettavien kuormituspaineiden säätöön ER-venttiilejä sekä kuormitus-väliaineena ER-nestettä voidaan jopa jokainen hydraulinen kuormituselementti varustaa sähköohjatulla ER-venttiilillä, jolloin profiilisäätö helpottuu ja säätölaitteet yksinkertaistuvat.

Keksinnön mukaisen tk-telan rakenne on edullisesti esim. sellainen, että tk-telassa on yksi yhteinen kuormitusväliaineen tuloputki, josta eriksen 35 li 5 79571 1 jokaiselle kuormituselementille johtavaan virtauskanavaan on sijoitettu ER-venttllll, ja hydrauliikkanesteenä käytetään kierrätettävää erityistä ER-nestettä. Jokainen ER-venttiill on erikseen yhdistetty säätöyksikköön, jolla sähköisesti säädetään venttiilin painehävictä ja täten kuormitus-5 elementin telavaippaan paikallisesti kohdistamaa kuormitusta. Säätö-yksikköä voidaan ohjata tk-telan muodostaman nipin kautta kulkevan rainan ominaisuuksien mittaustulosten perusteella suljettua säätöjärjestelmää hyväksikäyttäen.

10 Keksinnön ansiosta tk-telan kuormituskenkiä voidaan kytkeä yhteen eri tavoin, jolloin kuormitusleveyttä ja paikkaa voidaan varioida optimaalisen profiilisäädön aikaansaamiseksi.

On tunnettua, että lämpötila aiheuttaa ER-nesteiden viskositeetin 15 muutoksia, jotka kuitenkin voidaan keksinnössä edullisesti kompensoida säätämällä EF-venttiilejä ohjaavan sähköjännitteen perusasetuksia.

Koska keksinnön mukaisessa tk-telassa ei kuormituselementtien paineen-säätöön käytettävissä venttiileissä tarvita lainkaan liikkuvia osia ja 20 koska laitteeseen on tarpeen tuoda vain yksi yhteinen paineputki, saadaan aikaan varsin yksinkertainen rakenne, joka on saatavissa toimintavarmaksi niin, että keksinnön mukaisessa tk-telassa esiintyy entistä vähemmän toimintahäiriöltä ja lisäksi sillä on aikaansaatavissa entistä nopeampi, tarkempi ja monipuolisempi puristinnipin tai kalante-25 roimisnipin profiilisäätö.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellus-eslmerkkeihln, joiden yksityiskohtiin keksintöjä ei ole rajoitettu.

30

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista menetelmää ja siihen liittyviä ympä-ristölaitteita kaaviollisesti ja osittain lohkokaaviona.

Kuvio 2A esittää keskeistä aksiaalilelkkausta keksinnön mukaisesta 35 tk-telasta.

Kuvio 2B esittää pystyleikkausta A-A kuviossa 2A.

6 79571 1 Kuvio 3A esittää kaaviollisesti keksinnössä sovellettavaa ns. ER-vent-tllliä keskeisenä leikkauksena.

Kuvio 3B esittää leikkausta B-B kuviossa 3A.

5

Kuviot 4A,4B,4C,4D,4E ja 4F esittävät kuviota 3B vastaavalla tavalla eräitä vaihtoehtoisia keksinnössä sovellettavan ER-venttiilin toteutusvaihtoehtoja. Kuviot 4A-4F ovat samalla poikkileikkauksia kuvioon 2A merkittyä viivaa C-C pitkin.

10

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen venttiilin tyypillistä ominaiskäyrää.

Kuvio 1 havainnollistaa keksinnön toimintaympäristöä, siihen liittyviä oheislaitteita ja erästä keksinnön edullista toteutusesimerkkiä.

15 Kuviossa 1 on esitetty telojen 10 ja 30 välille muodostettu puristus-nlppi N, joka on esim. paperikoneen puristinosan vedenpoistonippi tai kalenterin kalanteroimisnippi. Tk-tela 10 käsittää statlonäärisen keskiakselin 11, joka on akselitapelstaan 11a ja 11b kiinnitetty kuor-mituslaltteisiin 34a,34b, joita hydraulisylinterit 35a ja 35b kuormit- 20 tavat nipin N peruskuorman aikaansaamiseksi ja/tai nipin N sulkemista tai avaamista varten. Pyörivä telavalppa 12 on laakeroitu kiinteälle akselille 11 sinänsä tunnetusti molempien päätyjensä kohdalta tai se on pelkästään liukukenkien 16 kannattama ja tukema. Vastatelana 30 on sopivimmin akselitapelstaan 30a ja 30b kiinteästi laakeroitu tela.

25 Tk-tela 10 on keksinnön mukainen sähköohjattu vaipaltaan profiili-säädetty tk-tela, jossa on suuri joukko esim. n. 50 kpl vierekkäisiä liukukenkiä 16, joita kuormittavat säädettävillä hydraulipaineilla sylintereissä 14 olevat kuormitusmännät 15.

30 Kuviossa 1 esitettyyn nipin N ja sen kautta kulkevan paperi- tai kartonki-rainan ^n~wout (kuvio 2B) ominaisuuksien säätö- ja hallintajärjestelmään kuuluu mikrotietokoneyksikkö 40, jossa on mm. vyöhykepaineiden säätö- ja asetusarvoyksikkö, järjestelmän lukitukset sekä I/O-kortit. Mikrotieto-koneyksikköä 40 ohjataan toisaalta käyttäjäaseman 44 ja toisaalta ohjaus- 35 pöydän 41 kautta yhteiden 42,45 välityksellä. Lisäksi mikrotietokone-yksikköön 40 syötetään nipin N paramerit lohkosta 45 yhteen 46 välityksellä. Nippiparametreja ohjaa yksikkö 43, johon kuuluu rainan W poikki- ii ? 79571 1 suuntaisten ominaisuuksien jakautuman mittauslohko 43, yhteen 44 välityksellä.

Mikrotietokoneyksikkö 40 ohjaa yhteiden 47 välityksellä telan 10 säätö-5 jännitteiden ja paineiden asetusyksikköä 31, joka saa sähkönsä yhteen 37a välitykselle teholähteestä 36. Yksiköstä 31 saadaan kuormitussylinterien 35a ja 35b kuormituspaineet, jotka ohjataan kuormitussylintereihin 35a ja 35b yhteiden 32a ja 32b välityksellä. Lisäksi yksiköstä 31 saadaan tk-telalle 10 sarja säätöjännitteitä U^...U^, (N = kuormltuskenklen 16 10 lukumäärä), jotka johdetaan moninapaisen kaapelin 35 ja kytkentäyksikön 33 välityksellä telavaipan 12 ja keskiakselin 11 väliseen tilaan 13 sijoitetun kaapelin 37 kautta. Kaapelista 37 on otettu väliotot 36 (kuvio 2B) keksinnössä sovellettaviin sähköohjattuihin ER-paineenalennusventtii-leihln 20, joita on myös N kappaletta, siis yksi kutakin kuormitus-15 elementtiä kohti.

ER-venttlilien 20 kautta johdetaan niillä säädettävä paine p£ kunkin elementin männän 15 sylinterin 14 palnetllaan. ER-venttiilien 20 toimintaperiaatteita ja eri rakennevariaatioita selostetaan myöhemmin 20 tarkemmin. Tässä yhteydessä todettakoon alustavasti vain, että ER-venttiilit (ER = Electro Rheological) 20 ovat sellaisia sähköjännitteillä Uj...U^ ohjattavia, ilman liikkuvia osia olevia staattisia venttiilejä, joiden kautta kulkevan erityisen ER-paineväliaineen viskositeetti muuttuu venttiiliä ohjaavan tasajännltteen Uj.,.11^ määräämän 25 sähkökentän E välityksellä sen vaikutusalueella.

Kuviossa 1 on esitetty lohkona 50 laitteet, joilla saadaan aikaan ER-palneväliaineen kierrätys tk-telan 10 sisällä. Kuviossa 1 on esitetty ER-palneväliaineen tuloputki 48, jonka kautta väliaineen tulo-30 virtaus F johdetaan kuviossa 2A ja 2B esitettyyn poraukseen 18.

Lisäksi kuviossa 1 on esitetty ER-väliaineen polstoputki 39, joka on yhdistetty kuviossa 2A ja 2B esitettyyn poistoputkeen 18a, jonka kautta otetaan ER-väliaineen paluuvlrtaus F , joka johdetaan yksikköön 50. Yksikkö 50 sisältää ER-paineväliaineen pumput, suodattimet sekä tarvit-35 taessa muut laitteet kuten jäähdytys- tai lämmityslaitteet, joilla ER-paineväliaineen lämpötllataso pidetään vakiollisena tai tietyllä alueella. Yksikköön 50 voi kuulua myös painevällaineen lämpötilan 8 79571 1 mittauslaitteet, joiden perusteella ohjataan jännitteiden U^...UN perusasetusta. Tätä toimintaa kuvaa kuviossa 1 yhde 51.

Kuvioiden 2A ja 2B mukaisesti tk-telan 10 keskiakselissa 11 on keskeinen 5 poraus 18, jonka sisällä on putki 18a. Putken 18a ja porauksen 18 rajoittaman tilan 19 kautta johdetaan yksiköstä 50 mäntien 15 sylinteritiloihin 14 ER-venttiilien 20 kautta nuolen suunnassa paineväliaineen, tässä tapauksessa erityisillä lisäaineilla varustetun ER-öljyn paine p^ porausten 17 välityksellä. Kuormitusmännissä 15 olevien porausten 15a 10 kautta johdetaan sylinteritilasta 15 liukukenkien 16 liukupintaa 16a voitelevat ER-öljyn virtaukset. Liukukenkien 16 ja kuormitussylinterien ja -mäntien rakenteen yksityiskohtien osalta viitataan esimerkkeinä hakijan FI-patenttihakemuksiin nrot 880515 ja 881974. Telavaipan 12 ja keskiakselin 11 välisestä tilasta 13 kerätään voitelu- ja paineväli-15 aineet, joka johdetaan putken 18a välityksellä (nuoli F telasta ulos yksikköön 50 ja siitä jälleen uudelleenkierrätykseen.

Sähköjännitteillä U^...UN säädettävinä venttiileinä 20 (N kpl) käytetään : ns. ER-venttiilejä, jotka perustuvat ER-ilmiöön. ER-nesteissä tapahtuu 20 viskositeetin muutoksia kun niihin kohdistetaan sähkökenttä E. ER-nesteinä käytetään esim. hydrauliöljypohjäisiä suspensioita, joihin on lisätty tiettyjä lisäaineita kuten tärkkelystä, silikageelia ja/tai tiettyjä polymeerejä. ER-nesteet muodostuvat hienojakoisesta suspensiosta, jossa olevien partikkelien hiukkaskoko on yleensä välillä 1-10 pm. Lisäksi 25 ER-nesteissä voidaan tarvittaessa käyttää pinta-aktiivisia aineita, joiden avulla suspension tasajakoisuutta edistetään.

ER-nesteiden ja keksinnön yhteydessä käytettävät sähkökentät ovat tyypillisesti luokkaa 1...4 kV/mm. Tunnetaankin sellaisia ER-nesteitä, joiden 30 sähkönjohtokyky on pieni ja täten myös tehonkulutus on pieni, joten käytetyt suuretkaan ohjausjännitteet eivät ole vaarallisia.

Kun ER-nesteisiin kohdistetaan sähkökenttä, kasvaa niiden viskositeetti sähkökentän voimakkuutta E lisättäessä olennaisesti lineaarisesti tietyllä 35 kentänvoimakkuuden alueella. Tämä perustuu siihen, että ER-nesteen lisäaineen partikkelit varautuvat niin, että niillä on positiivinen ja negatiivinen puoli ja näin ollen partikkelien vastakkaisen napaisuuden

II

9 79571 1 omaavien puolien vetäessä toisiaan puoleensa partikkelit ketjuuntuvat sähkökentässä vastaavalla tavalla kuin ferromagneettiset partikkelit magneettikentässä. Mainittu ketjuuntuminen aiheuttaa viskositeetin lisääntymisen.

5

Keksinnössä ER-ilmiötä on oivallettu soveltaa tk-telojen kuormitus-mäntien muutoin ongelmalliseen paineensäätöön käyttäen hyväksi keksinnön mukaisia staattisia ER-venttiilejä 20^...20^, joita on sopivimmin tk-telan 10 jokaisessa kuormitussylinterin paineputkessa 17. ER-ilmiö on 10 riittävän nopea, koska ER-nesteen viskositeetti reagoi sähkökentän E muutoksiin millisekunneissa. ER-venttiilejä 20^...20^ käytettäessä sähkötehonkulutus jää varsin pieneksi, kun ER-neste ja sen partikkeli-lisäaine tai -aineet valitaan sopivasti.

15 Tyypillisen ER-venttiilin ominaiskäyrä palnehäviö AP - sähkökenttä E on esitetty kuviossa 5. ER-nesteen lisäaineiden valinnalla ja niiden pitoisuutta muuttamalla voidaan kuvion 5 ominaiskäyrän jyrkkyyttä muuttaa ja vaihdella esim. otninaiskäyrien ja välillä.

20 Kuviossa 3A ja 3B on esitetty eräs keksinnössä käytettävän ER-paineen-alennusventtiilin 20 rakenne-esimerkki. Venttiilikanavan 25 kautta on sovitettu kulkemaan ER-nesteen virtaus jonka painehäviötä Δρ säädetään. Mainittua virtauskanavaa 25 rajoittavat vastakkaiset tasomaiset elektrodit 22a ja 22b, joiden vakioväliä on merkitty D:llä.

25 Elektrodit 22a ja 22b, jotka ovat sähköäjohtavaa materiaalia, on kiinnitetty eristekappaleen 26 sisälle ja ne ovat toisistaan sähköisesti eristettyjä. Elektrodit 22a ja 22b on lukittu paikalleen erlstekappaleilla 27, joiden läpi on elektrodeille 22a ja 22b johdettu kontaktit 38a ja 38b. Toinen elektrodi 22a on yhdistetty kontaktilla 38a ja sähköjohdolla 30 27 jännitelähteeseen 36, jonka jännite U on säädettävä, Vastaelektrodl 22b on yhdistetty kontaktin 38b ja johdon 37G välityksellä maahan samoin kuin jännitelähteen 36 negatiivinen napa.

Elektrodien 22a ja 22b välille venttiilikanavaan 25 syntyy tasajännit-35 teen vaikutuksesta sähkökenttä, jonka suuruus on E = U/D. Jännitettä U ja sitä kautta sähkökentän E voimakkuutta säätämällä voidaan vaikuttaa ίο 7 9 5 71 1 ER-nesteen viskositeettiin kanavassa 25 sekä täten virtauksen painehäviöön A p = Pj~P2 Pa^neena^ennusventt^^^-^s8^ 20.

Kuviossa 3A ja 3E esitetylle venttiilille 20 on ominaista staattisuus 5 eli siinä ei ole lainkaan liikkuvia osia, joten venttiili 20 on erittäin toimintavarma ja rakenteeltaan yksinkertainen.

Kuviossa 4A-4F on esitetty eräitä muita esimerkkejä keksinnössä sovellettavista ER-venttiileistä. Kuvion 4A mukaisesti venttiilissä 20A on 10 kaksi vastakkaista olennaisesti puoliympyrän muotoista sähköäjohtavaa elektrodia 22a,22b, joiden väliin jää kapea virtauskanava 25A. Elektrodit 22a ja 22b on kiinnitetty toisiinsa eristekappaleilla 23 ja lohenpyrstöliitoksilla 24. Elektrodit 22a,22b ja eristekappaleet 23 muodostavat sylinterimäisen rakenteen 21, joka sijoitetaan esim.

15 eristeaineholkin sisälle poraukseen 17.

Kuviossa 4B esitetty ER-venttiili 2QB käsittää neljä elektrodia 22a,22b, joista elektrodit 22a on yhdistetty positiiviseen jännitenapaan ja elektrodit 22b negatiiviseen napaan. Elektrodien 22a ja 22b väliin muo-20 dostuu ristinrauotoinen virtauskanava 25B. Elektrodit 22a ja 22b on kiinnitetty toisiinsa eristekappaleilla 23 ja lohenpyrstöliitoksilla 24 : niin, että muodostuu sylinterimäinen rakenne 21, jonka sisällä on ristin- | muotoinen virtauskanava 25B.

25 Kuvion 4C mukaisesti ER-venttiili 20C käsittää kaksi koaksiaalista sylinterlmäistä elektrodia 22a ja 22b, joista ulompi rengasmainen elektrodi 22a on yhdistetty sähköjännitteen negatiiviseen napaan ja sisempi sylinterimäinen elektrodi 22b positiiviseen napaan. Elektrodien 22a ja 22b ympyräsylinteripintojen väliin jää tasasuuruinen virtaus-30 kanava 25C, joka on toisesta päästään yhdistetty ventiilin 20c tulopuolelle ja toisesta päästään venttiin 20c lähtöpuolelle.

Kuviossa 4D esitetty rakenne on muutoin kuviossa 4C esitetyn kaltainen paitsi, että ulommassa elektrodissa 22a on neliön muotoinen aukko, jonka 35 sisällä on neliön muotoinen sisempi elektrodi 22b niin, että mainittujen elektrodien välille jää neliön mutoinen virtauskanava 24D.

Il Π 79571 1 Kuviossa 4Ε on esitetty kuvion 4A mukaisen ER-venttiilin sellainen modifikaatio, jossa vastakkain olevien elektrodien 22a ja 22b väliin muodostuu poikkileikkaukseltaan murtovllvan muotoinen virtauskanava 25E.

5 Kuviossa 4F on esitetty sellainen kuvioissa 4A ja 4E esitettyjen ER-venttiileiden modifikaatio, jossa vastakkain olevien elektrodien 22a ja 22b välille on muodostettu suorakulmaisen murtoviivan muotoinen virtaus-kanava 25F. Kuvioissa 4E ja 4F saadaan aikaan suurempi virtauskanavan poikkipinta tarvittaessa pienemmällä elektrodivälillä D, minkä ansiosta 10 voidaan käyttää entistä pienempiä sähköjännitteitä Up..UN venttiilien ohjaamiseen. Tyypillisesti venttiilien elektrodiväli D on alueella D 0,2...5 mm, sopivimmin D = 0,5...2 mm. Tällöin käytettävät jännitteet U^...UN ovat yleensä alueella 1...5 kV.

15 Keksinnön mukaisesta venttiilistä 20;20A-20F voidaan tehdä virtaussuun-nassa Eittävän pitkä. Venttiilin pituutta lisäämällä voidaan päästä tiettyyn painehäviöön A p pienemmällä ohjausjännitteellä Uj...U^ tai suuremmalla elektrodivälillä D. Verraten pieniä elektrodivälejä D voidaan käyttää osittain senkin vuoksi, että ER-nesteet ovat yleensä 20 varsin hyviä sähköeristeltä.

Edellä on todettu ER-venttiilien 20^...20^ ohjausjännitteellä käytettäväksi tasajännittimiä Up..U^, joilla vaikutetaan ER-venttiilin 20^...20^ vlrtauskanavassa 25 vallitsevan sähkökentän voimakkuuteen E.

25 ER-venttiilien 20^...20^ ohjauksessa ei välttämättä tarvitse käyttää tasoltaan säädettävää jatkuvaa tasajännitettä. Eräs edullinen tapa keksinnön mukaisten ER-venttiilien 20 ja tk-telan 10 ohjaukseen on käyttää pulssltettuja DC-ohjaussignaaleja U^...U^. Pulssitettujen 30 DC-signaalien käyttö on sikälikin edullista, että näin voidaan tk-telan 10 ohjaus liittää entistä yksinkertaisemmin modernien digitaalisten säätölaitteiden ohjaukseen. Pulssltettuja ohjaussignaaleja U^...U^ käytettäessä voidaan sopivimmin käyttää sellaista säätötapaa, jossa DC-ohjauspulsslen pituus ja/tai korkeus on vakiollinen, mutta pulssi-35 taajuutta (pulssien lukumäärää aikayksikössä) säädetään ja tällä tavoin voidaan vaikuttaa sähkökentän voimakkuuteen, koska ER-venttiilin 20 muodostama kapasitanssi toimii tavallaan sähköisenä integraattorlna.

12 79571 Ί Ohjaus jännitteissä υ^...υ^ voidaan tietysti käyttää myös pulssin korkeus- ja/tai pulssinleveysmodulaatlota. Sen seikan osalta, että ER-efektin ohjaamiseen on soveliasta käyttää pulssltettuja DC-signaa-leja, viitataan seuraavaan lehtiartikkeliin: Stevens, Sproston, Stanway: 5 "Influence of Pulsed D. C. Input Signals on Electrorheological Fluids;" Univ of Liverpool, Dep of Mechanical Engineering, Liverpool, Journal of Electrostatics, July 1985 s. 181-191.

Vaikka edellä on keksintöä selostettu viittaamalla sellaisiin sovellus-10 esimerkkeihin, joissa jokainen tk-telan puristuslementti on varustettu omalla ER-venttiilillään 20, on todettava, että keksinnön piiriin kuuluvat myös sellaiset sovellutukset, joissa ER-painevällaine johdetaan kahdelle tai joissakin erikoistapauksissa useammallekin kuormitus-elementille saman ER-venttiilin 20 kautta. Korostettakoon kuitenkin, 15 että keksinnön edullisin sovellutusmuoto on sellainen, jossa kalkki eri kuormituselementit varustetaan omalla erillisellä ER-venttiilillään.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-20 della ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

25 30

II

35

Claims (17)

1. Menetelmä ainesratojen kuten paperi- tai kartonkiratojen (W) puristus-käsittelyssä, jossa käsiteltävä rata (W) johdetaan kahden vastakkaisen 5 puristuselementin, kuten puristustelan (10,30) ja/tai puristuskengän muodostaman puristusvyöhykkeen läpi ja jossa menetelmässä puristustelan (10) tai -kengän vaipan (12) tai vastaavan radan (W) liikesuuntaan nähden poikittaista profiilia hallitaan sarjalla (N kpl) hydrauliikka-elementtejä, joita kuormitetaan hydrauliikkaväliaineen säädettävissä 10 olevilla paineilla (Pj)» tunnettu siitä, että hydrauliikka-elementteihin johdettavan painevällaineen paineita (P2) säädetään ER-ilmiöön, KR = Electro Rheological, perustuvilla paineenalennusvent-tiileillä (20^...20Ν), joita ohjataan sähkösignaalien (U^...UN) sarjalla puristustelan tai vastaavan puristuskengän ulkopuolelta. 15

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jota sovelletaan taipuma-säädetyissä tk-teloissa (10), joissa käytetään stationääristä keski-akselia (12) ja sen ympärillä pyörivää eylinterimäistä vaippaa (12), joka järjestetään muodostamaan vastatelan (30) tai kenkäelementln kanssa 20 puristusvyöhykkeen (N) ja jonka stationäärisen keskiakselln (11) yhteyteen järjestetään joukko (N kpl) hydraulisia kuormituselementtejä, joilla telavaipan (12) sisäpintaa vasten puristetaan hydraulisesti säädettävillä voimilla liukukenkiä (16) ja jossa menetelmässä mainittuihin kuormituselementtien painetiloihin (14) johdetaan säädettävissä 25 olevat hydraullnesteen paineet (p^)> tunnettu siltä, että hydraulisiin kuormituselementtelhin johdettavia paineita (p^) säädetään ER-ilmiöön perustuvilla paineenalennusventtiileillä (20^...20^), joiden aiheuttamaa painehäviötä (Δ P) ohjataan tk-telan (10) ulkopuolisesta jännitelähteestä (13) tuotavalla sähköjännitteiden sarjalla 30 (1^...uN).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kukin hydraulinen kuormituselementti varustetaan omalla ER-ilmiöön perustuvasti toimivalla staattisella paineenalennusventtiilillä 35 (20r..20N). » 79571

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä paineväliaineena käytettävä ER-neste johdetaan yhteisellä paineputkella (19) eri kuormituselementteihin ja että mainittu paineväliaine johdetaan takaisin sen kiertoon tk-telan (10) sisä-5 tilasta (13) yhteisellä poistoputkella (18), joka johtaa samalla liuku-kengissä (16) voiteluaineena toimivan paineväliaineen tk-telan (10) stationäärisen keskiakselin (11) ja vaipan välisestä tilasta (13) takaisin väliaineen kiertoon (F -Fq )·

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään ER-venttiilien (20^...20^) ohjaus-jännitteen sarjana (U^-..υ^) jatkuvia tasasähkösignaaleja, joiden jännitetaso on ohjausyksikön (31) säätämä.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ER-venttiilien (20p..20^) ohjaukseen käytetään pulssitet-tuja DC-signaaleja, joiden pulssin korkeus ja/tai pituus on vakiollinen ja DC-pulssltaajuutta moduloidaan ja/tal pulssien korkeutta ja/tai pituutta moduloidaan ER-venttiilien (20^...20 ) ER-väliainevirtauksen 20 aikaansaamien painehäviöiden (Ap) säätämiseksi.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu ; siitä, että ER-nesteen, kuten ER-öljyn lämpötilan muutosten aiheuttamaa viskositeettimuutoksen vaikutusta kompensoidaan säätämällä ER-venttll-25 lien (20^...20^) säätöjännitteiden tason ja/tai keston ja/tai taajuuden perusasetusta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä mitataan käsiteltävän radan (W) ominaisuuksia 30 ja ominaisuuksien jakautumaa radan (W) poikklsuunnassa, ja että mainitun .* mittauksen perusteella muodostetaan säätösignaalisarja, jolla ohjataan ER-venttiilien (20^...20^) ohjausjännitteiden sarjaa (U^...U^).

9. Paperi- tai kartonkikoneissa tai jälkikäsittelylaitteissa käytettävä . . 35 taipumasäädetty tk-tela (10), joka käsittää stationäärisen keskiakselin (11), sen ympärille pyöriväksi järjestetyn telavalpan (12), joka on tarkoitettu muodostamaan vastaelementin (30) kanssa puristusvyöhyke (N) II 15 79571 ^ ja johon keskiakseliin (11) on sovitettu joukko kuormituselementtejä, jotka elementit käsittävät liukukengän (16), joilla on liukupinta (16a) telavalpan (12) sisäpintaa vasten sekä kuormitusmännän (15) tai vastaavan, joka toimii kuormltussylinteriesä (14), joihin kuormitussylintereihin 5 (14) on johdettavissa säädettävä ER-palnevällaineen paine (P2)» tun nettu siitä, että kuhunkin kuormitussylinteriin (14) tai -sylinteri-ryhmään on johdettu väliaineen paine ER-ilmiöön, ER = Electro Rheological, perustuvan paineenalennusventtiilin (20^...20^) kautta, että eri kuor-mituselementteihin johdetaan väliaine saman tai samojen tuloputkien (19) 10 kautta, että kuormitusvällaineena on sellainen ER-neste, sopivimmin ER-öljy, jonka viskositeetti on muutettavissa sähkökentän (E) muutosten avulla ja että mainitut ER-venttiilit (20p..20N) on järjestetty telan ulkopuolelta sähköjännitteiden sarjan (ϋ^.,.υ^) ohjaamaksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tk-tela, tunnettu siitä, että tk-telan (10) stationäärlsen keskiakselin (11) sisällä on aksiaalinen poraus (19), josta lähtee poikittaiset radlaaliset poraukset (17) kuhunkin kuormitussylinteriin (14), ja että kuhunkin viimemainittuun poraukseen (17) on järjestetty sähköohjattu ER-venttiili (20^...20^). 20

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tk-tela, tunnettu siitä, että mainitun aksiaalisen porauksen (19) sisällä on putki (18), jonka kautta otetaan ER-paineväliaineen paluuvirtaus (F ) telan (10) ulkopuolelle, joka paluuvirtaus on johdettu stationäärlsen keskiakselin (11) 25 ja telavalpan (12) välisestä tilasta (13), johon ER-painevällaine on kulkeutunut pääasiallisesti liukukenkien (16) liukupintaa (16a) voldel-tuaan.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisessa menetelmässä ja/tai jonkin 30 patenttivaatimuksen 9-11 mukaisessa taipumasäädetyssä tk-telassa (10) käytettävä sähköisesti ohjattava venttiililaite, tunnettu siitä, että venttiililaite (20) on rakenteeltaan staattinen käsittäen ainakin kaksi toisistaan sähköisesti eristettyä vastakkaista elektrodia (22a,22b), jotka ovat pienen elektrodivälin (D) päässä toisistaan, että 35 mainittu elektrodiväli (D) rajoittaa venttiilin vlrtauskanavaa (25), joka on yhdistetty toiselta puoleltaan venttiilin tulopuolelle ja toiselta puoleltaan venttiilin lähtöpuolelle, ja että mainitut elektrodit 16 79571 1 (22a,22b) on yhdistetty säädettävään tasasähkölähteeseen (36), jolla venttiilin (20) elektrodien (22a,22b) välisen virtauskanavan (25) kautta johdettavan ER-nesteen painehäviötä (&p) on muutettavissa vaikuttamalla elektrodien (22a,22b) välisellä sähkökentällä (E) mainitun ER-nesteen 5 viskositeettiin.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että venttiililaite (20) käsittää eristekappaleen (26) sisälle sovitetut kaksi olennaisesti tasoltaan yhdensuuntaista levymäistä j0 elektrodia (22a,22b), jotka on yhdistetty kontaktein (38a,38b) sähkö-lähteeseen (36) (kuviot 3A ja 3B).

13 79571

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että venttiililaite käsittää poikkileikkaukseltaan olennaisesti 15 ympyrän muotoisen venttiilikappaleen, jossa on kaksi vastakkaista elektrodia (22a,22b), jotka rajoittavat väliinsä joko tasomaisen (kuvio 4A) tai murtoviivamaisen (kuviot 4E ja 4F) virtauskanavan (25A,25E,25F).

: 15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen venttiililaite, tunnettu : 20 siitä, että venttiililaite käsittää neljä tai useampia pareittain vas takkain olevaa elektrodia (22a,22b), jotka ovat vuorottain kytketty sähkölähteen (36) positiiviseen ja negatiiviseen napaan ja että mainitut elektrodit (22a,22b) rajoittavat väliinsä poikkileikkaukseltaan ristln-muotoisen virtauskanavan (25B) (kuvio 4B). 25

16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että venttiililaite käsittää kaksi sisäkkäistä elektrodia (22a,22b), jotka rajoittavat väliinsä poikkileikkaukseltaan ympyrän, ellipsin tai monikulmion muotoisen virtauskanavan (25C,25D) (kuviot 4C 30 ja 4D).

17. Jonkin patenttivaatimuksen 12-16 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että venttiililaitteen virtauskanavaa (25) rajoittavien elektrodien (22a,22b) elektrodiväli (D) on alueella D = 0,2...5 mm, 35 sopivimmin alueella D * 0,5...1,5 mm ja että venttiililaite on siten mitoitettu, että sen ohjausjännitteen (υ^.,.υ^) taso on säädettävissä alueella 1 kV ... 5 kV. Il 17 79571