SE533216C2 - Anordning, system och metod för mätning av driftförhållanden hos ett element som roterar i en banformningsmaskin eller en färdigställningsmaskin - Google Patents

Description

25 30 35 533 215 Av ovannämnda skäl har det varit svårt att fastställa smörjningstörhållandet och den olj ernängd som skall levereras till lagren och medför osäkerhetsfaktorer. För smörjningen har mängden olja som levererats till lagret övervakats, vilket inte anger den verkliga smög' ningssituationen.

En förbättring av detta ges av en så kallad självstyrd smöijoljereglering. Därvid fastställs smörjningstörhållandet med användning av olika kalkyleringspararnetrar.

Oljeflödet utgör styrparametern och oljetemperaturen utgör regleringsparametern. För reglering mäts/definieras exempelvis maskinens arbetshastighet, oljetemperatur och maximibelastning. Maximibelastningen har fastställts på grundval av den obearbetade belastningsinforrnationen från valsnypet, vilken information har mottagits på basis av de hydrauliska tryck som applicerats i nypbelastning. Oljeteniperaturen har mätts med sensorer. När sensorn har upptäckt en temperaturstegring hos oljan, har oljeflödet följaktligen ökats.

Förutom sniörjniiigsstyrnin g utgör också mätningen av villkoret för belastning fokuserat på lagret ett problem. När det gäller kraftigt belastade rullager äger en mikrotörflyttning rum mellan lagrets yttre bana och huset. Beroende på detta blir rnetallytorna klibbiga (kallsvetsade, ”mikro- kontakt”). Lagret i den fria änden av valsen kan inte glida i huset i den axiella riktningen, vilket leder till felaktig belastning av lagret. Följaktligen fördelas belastningen i lagret på endast en av valsraderna, vilket orsakar en över- belastning och eventuell lagerbrott. Den axiella förflyttningen kan även förhindras medelst lagerlutning. I detta fall tenderar lagrets yttre bana att luta i lagerhuset. vilket leder till att kanten på banan “kommer i ingrepp” med huset vilket ändrar firiktionskoefñcieiiten, I lager utrustade med antifriktionselement skapas också en problematisk situation av ”nollbelastningerfï Antifriktionselementens rotationshastighet avtar eller också stannar rotationen fullständigt på grund av friktionsbromsar som orsakas av smörjmedlet och lagerblocket i den händelse lagerbelastningen är mycket liten. I vissa valsar kan lagret komma in i ett sådant nollbelastningsförhållande. Glidning av antifriktionselement gör oljefilmen tunnare eller också kan smörjningsfilmen försvinna helt och hållet. En metall-metall-kontakt kan skapas i lagret vilket orsakar ytskada och eventuellt lagerbrott. Kända metoder för övervakning av förhållandena ger indikationer endast efter att en skada av viss omfattning redan skett. 10 15 20 25 30 35 533 215 Beträffande övervakning av felaktiga belastningsförhållanden av lager i allmänhet representeras känd teknik av en temperatursensor anordnad på lagerbanans yttre yta.

Som mätningsmetod innebär detta emellertid en hel del försening, eftersom värme måste ledas via lagerbanan. Dessutom forvrängs en temperaturmätning som utförs enli gt denna metod av det oljeflöde som levereras till lagret medelst lagerbanan, vilket kyler ner mätpunkten mer än lagerbanan under belastning.

J ämte banforrnningsmaskiner har exakt mätning av belastningarna på valsar utrustade med antifriktionslager (mellanliggande valsar och deflektionskompenserade/zonstyrda valsar) varit svår även i kalendrar med flera valsar, vilket kan leda till att belastning lätt glider till nollbelastningszonen. Idag är det inte möjligt att förlita sig på arbetsfonster som är säkra fór lagret definierat av enbart kalkylering, eftersom det finns okända friktionskrafter som påverkar valsstället (exempelvis i hävarmsmekanismer och deflektionskompenserade/zonstyrda valsar).

Syftet med denna uppfinning är att erbjuda en anordning for mätning av driftfórhållanden for ett roterande element i en banformnings- eller färdigställningsmaskin. De karakteristiska särdragen hos anordningen enligt uppfinningen anges i krav 1. Uppfmningen hänför sig även till ett system för mätning av driftfórhållandena hos roterande element i en banformnings- eller tärdigställningsmaskin samt en metod, vars kännetecknande särdrag anges i krav 12 och 18. l anordningen enligt uppfinningen är ett roterande element, såsom exempelvis en vals, utrustat med tunnfilmssensorer för mätning av driftförhållanden.

Tunnfilmssensorer kan vara anordnade i anslutning till valsen på många olika sätt.

Enligt en utföringsforin kan de exempelvis vara förbundna med stödlagren för ett roterande element. Enligt en utfóringsforrn kan den roterande delen av en vals exempelvis vara valsmantelrr. Enligt en annan utforingsfonn kan den roterande delen även vara valsaxeln.

Enligt en utföringsfonn kan tunnfilrnssensorema vara placerade i valsen, i dess stödlager. Enligt en mer specifik utfóringsforrn kan tunnfilmssensorerna då exempelvis vara förbundna med stödlagrens fasta bana. Således kan sensorerna exempelvis vara placerade i banans belastningsorrrråde. Stödlagret består av åtminstone två valsbanor, 10 15 20 25 30 35 533 E16 varvid åtminstone en tunnfilmssensor är anordnad för varje valsbana. Uppfinningen kan likaså även användas i glidlager.

Enligt en utfóringsfonn kan tunnfilmssensorenheten vara ansluten till styrningen av en banforrrmings- eller färdigställningsmaskin för ett eller till och med flera ändamål. Ett exempel på ett sådant ändamål är övervakningen av lagrens tillstånd. Enligt en uttöringsforrn kan således regleringen av smörjoljeflöde-t i lagren styras på grundval av den mätning som utförts med tunnfilmssensorerna.

Detta tillåter optimering av friktionsiörluster och till och med förhindrande av överdriven förtunníng av srnörjfilrnen.

Tunnfilmssensorer kan även användas för att bestämma den belastning som fokuseras på lagren. Ett exempel på detta är den problematiska nollbelastningen. På grundval av denna kan, vid uppfyllande av kriteriet enligt inställningarna, en sådan axiell belastning som returnerar arbetsfórhållandet hos lagret fokuseras på lagret.

En tunnfilmssensorenhet kan även användas for aktiv driftstyrning av proeessfcirhållandena. Därvid kan sensorenheten exempelvis vara förbunden med valsens belastningsutrustning.

Tack vare uppfinningen kan driftforhållanden justeras på grundval av de faktiska driftförhållandena, som visas vid de mätningar som utförs av turinfrlrnssensorerna Uppfinningen undanröjer kontroller baserade på uppskattning och beräknade/teoretiska observationer. Realtidsmedvetenhet som möjliggörs med uppfinningen möjliggör ' preventivt underhåll tillsammans med vilket den även kan användas för att förhindra utvecklandet av skador.

Anordningen enligt uppfinningen är enkel både för drift, installation, kalibrering och eventuellt utbyte. Vidare är den mycket hållbar. Andra ytterligare fördelar som kan uppnås med anordningen, systemet och metoden enligt uppfinningen framgår av beskrivningen, och de kännetecknande särdragen beskrivs i bifogade krav.

Uppfinningen, som inte är begränsad till de visade utföringsfornierna, beskrivs mer i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka: lO 15 20 25 30 35 Pig.

Pig.

Pig.

Pig.

Pig.

Pig.

Pig.

Pig.

Pig. 7bv Fig. 1 2 Ba UI 7a 7c 533 215 utgör en grov vy som visar ett första applikationsexempel på ett lager enligt uppfinningen, utgör en grov vy som visar ett andra applikationsexempel på ett lager enligt uppfinningen, utgör en sidovy över ett applikationsexempel på ett lager enligt uppfinningen, utgör en grov vy som visar ett tredje applikationsexempel på ett lager enligt uppfinningen, visar ett första a likationsexem el å en anordnin enli u finnín en i en PP P P g PP g presscentrurnvals, visar ett andra applikationsexempel på en anordning enligt uppfinningen i en deflektioiiskornpenserad vals, visar ett tredje applikationsexempel på en anordning enligt uppfinningen i en kalandertfärmevals, visar ett första applikationsexernpel på en anordning enligt uppfinnin gen i en online-kalander, visar ett andra applikationsexempel på 'en anordning enligt uppfinningen i en multivalskalander, i i ” visar ett fjärde applikationsexempel på en anordning enligt uppfinningen i en vals monterad med glidlager, visar ett applikationsexernpel på ett system enligt uppfinningen i en banforrnningsmaskiri, visar ett applikatiorisexempel på användning av en sensorenhet enligt uppfinningen för att eliminera nollbelastningen, visar ett applikationsexempel på en anordning enligt uppfinningen i en press- skovals, och 10 15 20 25 30 35 533 215 Fig. 11 visar ett applikationsexempel på utfominingen av en sensorenhet enligt uppfinningen.

Pig. 1 och 2 utgör grova diagram som visar några exempel på lager 11, som kan användas tillsammans med sensorenheten 12 enligt uppfinningen. Motsvarande hänvisningsbeteckningar används för identiska funktionsdelar. Antalet sådana lager 1 1 kan exempelvis vara ett eller flera i en banforrnnings- eller fahfdigställningsmaskin.

Lagret 11 möjliggör rotationsrörelsen för elementet 10 eller en del av elementet 10 som finns i maskinen. Exempel på banforrnningsmaskiner är pappers- eller kartongmaskjner (F ig. 8), tissuemaskiner och massarnaskiner. Exempel på fardigställningsmaskiner är kalendrar (Pig. 7a och 7b), rullskärmaskiner och maskinhasplar. En färdigställningsmaskin kan utgöra en del av själva banformningsmaskinen (online) eller vara väsentligen separerad från denna (offline).

Exempel på roterande element innefattar olika valsar och cylindrar som är placerade i många olika sektioner av maskinen. Exempel på dessa innefattar sugvalsar, tryckvalsar 10. 1 (Fi g. 4), detlektionskompenserade valsar 10.2 (Figj), torkcylindrar, blyvalsar, kalandervalsar, mjuka kalandervalsar, värmevalsar 10.3 (Fi g. 6), högglanskalandrar, haspelrullar och haspeltrurnmor, skovalsar 10.4 (Pig. 10). Även om Fig. 1 och 2 visar ett sfáriskt rullager, skall det i detta sammanhang betraktas som enbart ett exempel på de lagertyper som används i en produktionsmaskin eller en fárdigställningsmaskin. Andra möjliga lagertyper kan exempelvis innefatta cylindriska rullager, vinkelkontakt-kullager, tredelade ringkompoundlager, glidlager och sfäriska glidlager.

Ett sfáriskt rullager 11 används exempelvis i maskiner som ett stödlager 11.1, 11.2 för roterande element (Fig. 4-6). l sin grundläggande form består lagret 11 huvudsakligen av en ytterríng 16, en innerring 16 och antifriktionselement 18 och stöd 17 som är anordnade däremellan. I detta fall är antifriktionselementen rullar 18. De rullar längs banor 19.1, 19.2 som bildas av ringar 15, 16. Stödet 17 kan omge antifriktionselementen 18. Å andra sidan kan stödet., förutom cirkulär utforrnning, även vara ett s.k. massivt stöd.

Lagerramarna 15. 16 bildar här två rullbanor 19.1, 19.2 intill varandrai axiell riktning.

Naturligtvis kan lagerenheten 11 ha fler rullbanor eller endast en. Rullbanorna 19.1, 19.2 som fungerar som stödlager 11.1, 11.2 befmner sig i ett sfäriskt arrangemang. 10 15 20 25 35 533 F15 Således intar innerytan 16.1 på den yttre banan 16 och ytterytan 15.2 på den inre banan 15 en sfárisk, krökt form i den axiella riktningen. Den grundläggande teknik som hänför sig till sfåriska rullager 11 är alldeles uppbenbar för fackmän inom området och kommer därför inte att beskrivas närmare i detalj i detta sammanhang. Som sådan kan lagerenheten 11 vara av en teknik som redan är helt känd eller endast under utveckling; uppfinningen sätter inte några gränser i detta sammanhang.

Iutföringsforrnen enligt Fig. 1 är tunnfilmssensorer 12 integrerade i konstruktionerna av lagren 11, på dess yttre bana. Sensorerna består av åtminstone en enhet som bildats av en funktionssensor 12. Här är det totala antalet synliga sensorer 12 åtta. En del av sensorerna kan befinna sig på ytterringens 16 ytteryta 16.2. Därvid befinner sig dessa sensorer 12 mot innerbanan för lagerbocken eller en eventuell passhylsenhet (visas ej).

En del av sensorerna 12 kan befinna sig på innerytan 16.1 av ytterringen 16. Därvid befinner sig sensorerna 12 mot rullande rullar 18.

Sensorerna 12 kan vara anordnade i jämna intervall runt båda rullbanorna 19.1, 19.2, varvid en eller båda rullbanorna 19.1, 19.2 uppvisar åtminstone en sensor 12. Att utrusta båda rullbanorna 19.1, 19.2 med en sensorenhet 12 är fördelaktigt vad beträffar lagrets 11 balans. Genom att anordna flera sensorer 12 per varje rullbana 19.1, 19.2 är det möjligt att indikera banspecifik belastning över banan, avvikelser som visar sig däri och händelser i allmänhet (inte nödvändigtvis/bara belastning).

I utföringsforrnen enligt Fig. 1 är sensorerna 12 integrerade i inneningen 15, antingen i dess ytterbana 15.1 och/eller ytterbana 15.2. Även här är båda rullbanorna 19.1, 19.2 utrustade med sensorer 12.

Det är uppenbart för fackmän inom området att den grtmdläggande principen för uppfinningen inte begränsar arrangeringsmetoden för sensorerna 12 till något speciellt arrangemang i lagren och deras ringar 15, 16. Sensorerna 12 kan till och med stå i t förbindelse med båda ringarna 15, 16 eller till och med på alla de banytor 15.1, 15.2, 16.1, 16.2 på de ringar 15, 16 som är förbundna med ytorna, eller åtminstone del av deras ytor. Dessutom kan antalet sensorenheter 12 eller placeringen i anslutning till lagret 11 vara ytterst fri inom gränserna för uppfinningens grundläggande idé.

Enligt en utföringsfonn kan tunnfilmssensorer 12 eller åtminstone huvuddelen av dem anordnas i anslutning till den fasta lageningen 15, 16 på endast lagret 11, såsom exempelvis stödlagren 11.1, 11.2 som visas i Fig. 4-6, som är anordnade på en eller flera 10 15 20 25 30 35 533 245 av dess ytor. Om det av någon anledning är svårt, omöjligt eller otillförlitligt att anordna sensorenheten 12 på belastningsytan, kan den anordnas enbart på ytterringens 16 ytteryta 16.2 eller på innerringens 15 inneryta 15.1.

Mer bestämt kan sensorerna 12, enligt en uttöringsforrn, vara anordnade på en sådan yta av den orörliga lagerringen som inte står i kontakt med antiñiktionselementen 18.

Således är det enkelt att anordna ledningsdragning eller liknande fysisk dataöverföring från sensorerna 12 till styrsystemet CPU. Naturligtvis är det även möjligt att använda telemetn' i dataöverfdringen, varvid det inte är nödvändigt att begränsa utrustningen till endast den fasta banan med sensorer. Olika “glidkontaktsystern” kan också vara användbara.

Den utforingsfonn som visas i Fig. 1 kan vara fast vad beträffar ytterringen 16 och roterande vad beträffar innerringen 15. Exempel på sådana applikationer visas i Fig. 4 och 6. Pâ motsvarande sätt är applikationen enligt Fig. 2 fast vad beträffar inner-ringen 15 och roterande vad beträffar ytterringen 16. Ett motsvarande exempel på en applikation visas i Pig. 5.

Pig. 3a visar i en sidovy en utfcâringsforrn av lagret l 1. Enligt denna är viktad positionering av sensorerna 12 också möjlig på någon punkt av banan.

Tunnfilmssensorerna 12 kan finnas i anslutning till stödlagrets ll fasta banan 15, 16 på sådant sätt att deras lokalisering vägs så att de befinner sig i lagrets 11.1, 11.2 belastriingszon 30. Här är belastningszonen 30 det sektororrxråde under lagret l 1, som till och med kan vara flexibelt i viss omfattning. Belastningszonen 30 kan uppvisa sensorer 12 placerade på mer frekventa intervall än i andra delar av banan 16.

Utforingsforrnen enligt Fig. 3b visar ännu ett annat sätt att förverkliga uppfinningen.

Här visas lagret ll på sin lagerbock 31. Även i detta fall är lagrets ytterring 16 fast, medan axeln 14 som kan anslutas till lagrets ll innerring roterar. Här är sensorerna 12 inte fixerat integrerade med lagrets ll yta utan bildar en egen efterjusterbar komponent 12”. Sensorn 12” är nu integrerad med ett lämpligt underlag 32. Formen på underlaget kan vara sådan att det lätt kan installeras mellan lagerhuset som bildats av lagret ll och bocken 31. Formen på basen 32 kan exempelvis vara en kilformad kropp eller hylsa.

Sensorenheten kan till och med uppgraderas genom att den enkelt ersätts men en ny.

Naturligtvis kan sensorer 12 som är integrerade i de aktuella lagerringskonstruktionerna 15 även användas i samma lagerkonstruktion. 10 15 20 25 35 533 216 Fig. 4-6 visar några anordningar som rnöjliggi orts av uppfinningen, vilka kan användas för att mäta drifttörhâllandena för ett roterande element, såsom exempelvis en vals 10.1- 10.3 i en banfonnnings- eller fárdigställningsmaskin. Med hänvisning till Fig. 4-6 skall det ínses att de inte är avsedda att visa vals, lager och niaskinkonstruldioner med fina detalj er utan ytterst grovt på en mycket grundläggande nivå. Såsom redan nämnts ovan innefattar valsarna 10.1-10.3 lagerl 1, som möjliggör rotation av en eller flera delar 13, 14 i valsen 101-103. Här är dessa valsar l0.l~10.3 utrustade med tunnfilmssensorer 12 för mätning/ styrning av driítförhållandena för valsen och/eller produktíonsprocessen i allmänhet.

F ig. 4 visar ett grovt förenklat exempel på en pressvals, närmare bestämt en presscentrumvals 10.1. Centrumvalsens 10.1 positioni pressektioiren 51 av en pappersrnaskiri visas i Fig. 8.

De lager ll som visas i Pig. 1 och 2 är ringbockar 31 som fungerar som stödlager 11.1.

Valsens 10 axel 14 är monterad med lager i anslutning till lagerbocken 31 som roterar samtidigt som valsens mantelkomponent 13 också roterar. Det roterande elementet är här således valsen 10.1 med dess axlar 14 och mantel 13 över hela maskinens tvärgående längd. Tunnfilrnssensorerna 12 är här förbundna med exempelvis den fasta lagerringeni stödlagren 11.1, vilket är lagrets 11.1 ytterring 16. Oberoende av utíöringsfonn kan sensorer i allmänhet användas tör att mäta exempelvis temperatur och/eller tryck (belastning) i egenskap av driftíörhållairden.

Fig. 5 visar ett grovt förenklat exempel på en pressvals, närmare bestämt en deflelnionskompenserad vals 10,2 för en press. l pressektionen 51 åstadkommer en deflektionskompenserad och zonkontrollerad vals 10.2 den effekten att den tillverkade produkten får önskad kvalitet över hela banbredden. En deflektionskompenserad zonkontrollerad vals 10.2 kan exempelvis användas i en kalander 53. Positionen tör en detlektionskompenserad vals 10.2, 10.2” i såväl pressektionen 51 av en pappersmaskin som i en online-kalander 53 visas i Fig. 8.

De sfäriska rullagren ll som visas i Fig. 1 och 2 befinner sig här på insidan av valsens 10.2 mantel 13. Även i detta fall kan de sägas fungera som stödlager 11.2 i manteln 13.

Den deflektionskompenserade valsen 10.2 är belastad mot motvalsen 10.3 i kalandern 53 på ett sätt som är i och för sig känt. 10 15 20 25 30 35 533 216 10 Den deflektionskompenserade valsen 10.2 bildas av en ickeroterande axel14° och en roterande valsmantel 13 utrustad med lager 11.2 enligt uppfinningen, vilken roterar runt axeln 14” som uppbärs av sfäriska rullager 11.2 enligt uppfinningen. Axeln 14” som är placerad inuti manteln 13 innefattar oberoende justerbara tryckelement 35. Elementen 35 stöder rnanteln 13 hydrostatiskt, och de används för att justera valsens 10.2 deflektion. Manteln 13 justeras för att exempelvis forma motvalsen 10.1 , 10.3.

Valsens 10.2 axel 14 är via exempelvis sfariska glidlager 33 anslutna till lagerbockarna 34. Valsens rnanteldel 13 ansluter till axeln 14” via exempelvis rullager 11.2. Här utgörs således det roterande elementet av manteln 13. Tunnfilrnssensorerna 12 står här exempelvis i förbindelse med den fasta lagerringen i rnantelns 13 stödlager 11.2, vilket i detta fall är innerringen 15 som är ansluten till lagrets 11.2 axel 14”. Sensorutrustningen 12 kan även finnas i det sfiriska glidlagret 33 och exempelvis mäta den totala nypbelastningen.

Fig. 6 visar ett grovt förenklat exempel på en kalandervals, närmare bestämt en kalandervärrrievals 10.3. Värmevalsens 10.3 position i en pappersmaskins online- kalander 53 visas i Fig. 8, och Fig. 7a och 7b visar kalandreringsapplikationer, där deflektionskompenserade valsar och/eller värmevalsar 10.2, 10.3 enligt uppfinningen kan användas. En kalandervärmevals som är tillverkad av tex. stål kan uppvärmas med ett lämpligt värmeöverföringsmaterial. Nypbelastriingen, dvs. presskraften bestäms i enlighet med den papperskvalitet som produceras. Den grundläggande konstruktionen av kalandervalsen 10.3 motsvarar i stor utsträckning presscentrumvalsen 10.1, vilken redan beskrivits ovan.. Även här består lagren 11 av stödlager 11.1 som är anordnade i lagerbockarna 31 i valsens 10.3 ändar, varvid tunnfilmssensorer 12 är anordnade i anslutning till ändarna.

F ig. 7a utgör en schematisk vy över ett exempel på en mjukkalanderapplikation. Här kan den övre valsen vara en värrnevals, såsom exempelvis värmevalsen 10.3, och den nedre valsen kan vara en deflektionskompenserad vals 10.2 (t.ex. en zonkontrollerad SYM-typ). Sensorenheter 12 enligt uppfinningen kan finnas i båda vfalsaina 10.2, 10.3, exempelvis i deras lagerenheter 11.1, 11.2 och/eller belastningselement 35.

Fig. 7b utgör en schematisk vy över en utföringsforrn av en multivalskalander 42. Här kan den översta val sen 10.2* i den valsstapel som visas till höger i figuren vara en fast deflektioiiskompenserad vals, och bottenvalsen 10.2 kan vara av deflektionskompenserad typ och dessutom av den typ som kan belastas av lagren 11.2. 10 15 20 25 30 35 533 215 11 Mellan de översta och nedersta valsarna 10.2 är det möjligt att växelvis placera exempelvis mellanliggande valsar och värmevalsar 10.3.

Den typ av bottenvals 10.2 som visas mer i detalj i Fig. 7b kan vara en hydrauliskt deflektionskompenserad zonkontrollerad vals (t.ex. sökandens vals av SYM-Z-vals).

Deflektionskornpensationen av valsen 10.2 förverkligas medelst hydrauliska belastningselement 35 som är anordnade på valsens 10.2 axel 14”. vilka påverkar valsens 10.2 mantel 13 genom att stödja den zonvis. Belastningselementen 35 kompenserar deflektionen av valsen 10.2 på önskat sätt, varvid önskad jämn linjär belastning erhålls. Förutom deflektionskompensationen ger belastningselementen 35 dessutom önskad profilering eltersom varje element 35 kan justeras enligt önskemål i överensstämmelse med varje profileringsbehov. Sensorenheten 12 kan finnas i olika positioner i belastningsorganen 35. Som ett exempel på sådana positioner kan glidytan på belastningselenientet 35 nämnas.

Den deflektionskonipenserade valsen 10.2 kan vara en vals av sk. intryckstyp eller också en vals av ickeíntryckstyp. I en vals av intryckstyp (tex. sökandens vals av SYM- ZS-typ) finns det mellan lagren 11.2 ivalsmanteln 13 och valsens 10.2 axel 14' belastningsorgan 36. Belastningsorganen 36 kan användas för att flytta hela manteln 13 i nypets 45 riktning medan axeln 14” stannar på plats. I detta fall kan det mot innerytan 15.1 på innerbanan 15 i mantelns 13 lager 11.2 finnas en i och för sig känd belastningsring, vilken stöds mot valsens 10.2 axel 14”. l en sådan vals 10.2 av intryckstyp, kan valsens 10.2 mantel 13 drivas mot motvalsen.

Om lagren 11.2 och/eller belastningsringen och/eller de hydrauliska belastningsorganen 36 är utrustade med sensorer 12 enligt uppfinningen, så kan kantområdena på den bana som löper genom kalandem 42 också styras ochjusteras mer exakt än tidigare medelst belastning fokuserad på lagren 11.2. Sensorenheten 12 enligt uppfinningen visar den verkliga belastningen i valsens 10.2 kantområden. Detta har en väsentligen reducerande effekt på exempelvis mängden framkallade utskott, eftersom kanterna inte kan ha använts tidigare.

Såsom är känt kan sfåriska rullager 11.2 vid mantelns 13 ände även ersättas med i sig kända glidlager l 1.3. Sensorenheten enligt uppfinningen kan också användas i glidlagerenheten 11.3 oberoende av valsposition. En glidlagervals kan vara normal tör sina grundläggande funktioner eller en sj älvbelastande vals med en rörlig mantel. Fig. 7c. utgör en schematisk tvärsnittsvy som visar ett applikationsexempel på utrustandet av 10 15 20 25 30 35 533 218 12 valsen 10.5 med en glidlagerenhet av intryckstyp. Därvid kan sensorerna 12 exempelvis vara placerade pä/i glidlagerelementensl 14, 115 glidytor och/eller fickor/liålmm 61, 62, 64, 65. Pig. 7c visar några exempel på positioner för sensor-erna 12.

IFig. 7c visas även valsens 10.5 axel med hänvisningsbeteckningen 14' och valsmanteln med hänvisningsbeteckningen 13.

Valsmanteln 13 stöds mot valsmantelns inneryta 13” av belastade glidlagerelement 114, 115. Dessutom är glidlagerelementen 114, 115 utrustade med tätningar 70, 71 och ihåliga utrymmen 61, 62 som kan trycksättas. För båda glidlagerelementen 114, 115 är valsens 10.5 axel utrustad med ramkomponenter 63, 63a som sträcker sig mot de ihåliga utrymmena 61, 62 i glidlagerelementen 114, 115. Beträffande konstruktionen kan glidlagerelementen 1 14, 115 i sig vara konventionella, utrustade med oljefickor 64, 65 på sina ytterytor. Oljefickorna är anslutna till tryckutiyfrnmen 61, 62 via kapillärhål 66. 67 som går genom glidlagerelementen. Den grundläggande teknik som hänför sig till valsens glidlagerenheter är kända för fackmän inom området; uppfinningen kräver inte speciella tekniska lösningar beträffande dessa. I detta sammanhang hänvisas till sökanden finska patent nr Fl-l 16538.

Pig. 8 visar ett exempel på en banformningsmaskin, som här närmare bestämt är en pappersrnaskin 37. Pappersmaskinen 37 består av många på varandra följande sektioner, såsom exempelvis en inloppslåda 49, banforrningssektion, pressektion och torksektion 50-52. En kalandreringssektion 53 är exempelvis anordnad fore haspeln 54. Allt detta övervakas och styrs med en processorenhet CPU. Närmare bestämt kan processorenheten CPU betraktas som maskinstyrriing och tillståndsövervakningsautomatik 100-105.

Sensorenheten 12 enligt uppfinningen, som är anordnad i roterande element, såsom exempelvis valsar 101-105, kan vara ansluten till processorenheten CPU. Tillsammans kan de bilda ett system för övervakning och/eller styrning av driftfórhâllandena for en roterande enhet, såsom exempelvis en vals 10.1-10.5 i en banformningsmaskin eller tärdigställningsmaskin 37, 42. Metoden kan härledas direkt fiän systemet, vilket representerar endast en implementeringsmetod för det praktiska iörverkligandet av den grundläggande idén. l maskin kan åtminstone en del av valsarna 10.1-10.5, exempelvis deras lager och/eller belastningsorgan 1 1.1-1 1.3, 114, 115, 35, 36 vara utrustade med tunnfilmsensorer 12. Dessa kan lämna aktuella mätningsresultat till processorenheten CPU vilka hänför sig till åtminstone en mätningsparameter. Som en undermodul kan en 10 15 20 25 30 35 533 2115 13 övervakningsrnodul 100 innefattande dataöverföringslärikar 205 användas för att ta hand om detta. För övervakningen av sensorn 12 är det möjligt att använda exempelvis en bryggkrets av Wheatstone-typ med förstärkare och tillslutare (sealers).

Enligt en första utföringsforrn kan sensororganen 12 användas för att övervaka lagertillståndet, såsom exempelvis rull-/glidlager 11.1, 11.2, 11.3 (modul 102). Vid tillståndsövervakningen av lagren 11.1, 11.2, 11.3 kan tunnfilmssensorn 12 upptäcka ett problemtill stånd även innan den faktiska skadan har börjat utveckla sig. En exceptionell belastníngsfördelning eller belastnings-/ternperatuniivå indikerar en onormal händelse och ger därför ett tillfälle att rätta till förhållandet och förhindra eller fördröja utvecklandet av skada. Sensorenheten 12 är kopplad till den automatiska CPU :n för att övervaka tillståndet hos lagren 11.1 - 11.3.

Ett exempel på ett problem som hänför sig till tillståndsövervalming, där uppfinningen kan användas, kan orsakas av en valslängdsförändring beroende på värmeexpansion.

Denna förändring kan leda till en störning i driften av lagren 11.1, i den händelse den axiella glidpassningen 43 mellan lagrets 11.1 yttre bana 16 och huset 31 inte fungerar såsom man tänkt sig (Fig. 6). Detta kan exempelvis bero på klibbning som orsakas av glidytornas mikrorörelse. Sorn en följd av detta fenomen ökar belastningen intensivt på lagrets ll andra rullbana, vilket inte är önskvärt vad beträffar den beräknade belastningen av lagret. Sensorenheten 12 upptäckter nackdelen i belastning som följaktligen tillåter att nypet öppnas. Genom att använda temporärt låga belastningsvärden minskar den fríktionskraft som glidpassningen utsätts för och tillåter lagerhuset 31 och lagrets 11 ytterring att röra sig proportionellt relativt varandra, och lagret 1 1 återvänder till sin “plats”. Därefter kan nypet stängas igen och det är möjligt att återvända till de önskade belastningsvärdena.

Enligt en annan uttöririgsforin kan sensorenheten 12, 100 enligt uppfinningen utnyttjas för optimering av Smörjning av lagren 11, såsom exempelvis rullager 11.1, 11.2 och/eller också glidlager 11.3, 114, 115. 1 föreliggande justerbara cirkulerande Smörjsystem 101, 300 beräknas börvärdet för smörjoljefiödet i rullagren 11.1, 11.2 enligt den beräknade maximibelastningen och maskinens faktiska drifthastighet. I lager 11.1, 11.2 utrustade med tunnñlmssensorer 12 kan regleringen av smörjolj eflödet styras på grundval av de verkliga driftvärdena (belastning och temperatur, eller bara en av dem). Målet är att hålla lagrets 11.1, 11.2 temperatur inom vissa gränser med ett korrekt oljeflöde. 10 15 20 25 30 35 533 215 14 Således kan processorenheten CPU 101 användas för att styra oljeflödesregleringen i lagren 1 1.1, 1 1.2 i valsen 10.1-10.5 (reglerorgan 41) baserat på den mätning som utförts med tunnfilmssensorema 12. Ett smörjfilmsbrott orsakar en temperatur- och trycktopp (belastning). Med sensorenheten 12 kan upptäckter göras på ett tidigt stadium före utvecklandet av skador och motsvarande larm kan aktiveras.

Enligt en tredje utfóringsforrn, där tunnfilmssensorer 12 används, är det också möjligt att fastställa belastningar med fokus på lagren 11.1 , 11.2. Belastriiiigsinforrnationen visas genom att man beräknar den på grundval av den tryckinforrnation som tillhandahålls av sensorenheten 12. En applikation för detta kan vara 0- belastningselimineringssysternet for rullagren 11.1, 11.2. Ett kriterievärde kan sättas in för belastningen. Vid dess uppfyllande kan en låg axiell belastning enligt det inställda värdet fokuserad på lagren 11.1, 11.2.

Genom att använda tiinnfilmssensorer är det också möjligt att bygga ett aktivt belastningssystem 104, 20 i lagret 1 1, som kan användas for att eliminera utvecklandet av eventuell överbelastning. Tunnfilmssensorer 12 kan exempelvis upptäcka en överbelastning på den andra rullbanan 19.2 eller till och med ett tillstånd som tyder på en nalkande överbelastning. Om tunnfilmssensorns 12 tryckmätning tyder på en belastningsökning mot det kritiska området på exempelvis den andra rullbanan 19.2, kan positionen på den fasta banan för rullagret flyttas i den axiella riktningen.

F örflyttníngen kan exempelvis riktas mot valsens fria ände. Förflyttningen ger båda banorna en jårnn belastningsfördelning. Äterkoppling till stymingen av törflyttningen kan utforrnas på grundval av exempelvis lagertrycket, som mäts med sensorn 12.

Pig. 9 visar ett applikationsexempel på ett sådant aktivt belastningssystern 20 i lagerorganet 11. Här kan, i törening med valsens fria ände, aktiveringsorgan 20 vara inkluderade för belastning av rullagrets 11 fasta bana 16 i den axiella riktningen baserat på ett fastställande av belastningen som gjorts med tunnfilmssensorerna 12.

Aktiveringsorganeii. kan bestå exempelvis av hydrauliska cylindrar 20 eller elektriska överforingsskrutfar. Aktiveringsorganet/organen 20 kan vara symmetriskt anslutet/anslutna till lagerbanan 16 i exempelvis tre punkter.

Enligt en fjärde utföringsforrn kan dessutom tunnfilmssensorerna 12 även användas for att mäta nypkrafterna (linjär belastning) i valsnypskonstruktioner 45, exempelvis i valsnypskonstrtilctioner 45 utrustade med rullager eller sfariska glidlager (Pig. 7b).

Exempelvis kan påkänningsmätriingar utföras på lagrens 11.1, 11.2 fasta banor. På 10 15 20 25 30 35 533 218 15 grundval av mätningarna är det möjligt att justera och styra kalandreringsprocessen i mellanliggande eller deflektionskompenserade valsar (tex. den vals av SYM-typ som utvecklats av sökanden). Uppfinningen möjliggör således en mer omfattande användning av valsar monterade med rullager i kalandrar 42, 53. Även i inultivalskalandrar 42 är det möjligt att med uppfinningen mäta/fastställa belastningar på valsar monterade med antifriktionslager (mellanliggande valsar och deflektionskompenserade SYM-valsar). Med denna kan nypkrafter (linjär belastning) som appliceras i varje moment visas exakt och dessutom är det möjligt att förhindra lagerbelastningen från att driva mot 0-belastningszonen. Tidigare har det varit möjligt att uppskatta den linjära belastningen som en helhet, medan nu kan även nypprofilerna behandlas. Förutom de hydrauliska belastningselementen 35, 36 kan proñlema mätas även på valsmantelns 13 yta, som också kan vara utrustad med en sensorenhet 12 enligt uppfinningen. Med uppfinningen är det möjligt att ta med även de tidigare okända krafterna i beräkningen med fokusering på sj älva valsstapeln 10”. Exempelvis krafter som genereras av hävarmsrnekanisrner och deflektionskornpenserade zonkontrollerade valsar.

Enligt en femte utíöringsforrn kan dessutom en tunnñlmssensorenhet 12 enligt uppfinningen användas också vid belastningsmätningar över glidningsytorna 38 på glidskon 39 i pressens 51 bandvals 10.4 och/eller i fickorna 38” på dess slidskor 39.

Denna applikation visas i Fig. 10. Inuti bandvalsens 10.4 roterande mantel 10.4” finns belastningsorgan 40, som används för att belasta manteln 10.4” mot motvalsen.

Anordningen kan användas för att mäta faktiska belastningstryck och/ eller temperaturer.

Mätningen av den linjära belastningen är också mer exakt än tidigare när sensorenheten är placerad i exempelvis skon 39. Sensorenheten kan exempelvis innefatta flera sensorer 12 i belastningselementet 39 i jämna intervall.

Denna mätning kan också vara ansluten till maskínautomatiken/tillståndsövervakningen (modul 104).

Enligt en sjätte uttöringsforrn kan dessutom glidytorna på glidlagren 11.3, 114, 115 och glidskofickorna/-hålrummen 61, 62, 64, 65 också användas för att mäta de verkliga belastningstryfcken och temperaturema på lagren med en tunnñlmssensorenhet enligt uppfinningen. Denna lösning kan dessutom också användas i produktionsmaskiner för tillståndsövervakning. I glidlagerapplikationerna 11.3, 114, 115 är yttrycken lägre äni 10 15 20 25 30 35 533 2'lG 16 antifriktionslagerapplikationerna 11.1, 11.2. l glidlagerapplikationerna 11.3, 114, 115 skapas emellertid problem av friktion och slitage speciellt vid störningar.

Mätnings- och styrningslösningar baserade på tunnfilrnssensorer erbjuder många betydande fördelar i pappersmaskinrniljö. För det första erbjuder de mer frihet att arrangera mätningen. Nu är det möjligt att mäta trycket och temperaturen också på sådana objekt som av en eller flera anledningar inte har kunnat mätas tidigare. Mätning av tryck och temperatur möjliggörs utan att sensorenhet stör resten av utrustningen eller maskindriñen. Sensorn är mycket enkel att implementera. En tryckmätning som utförs med sensorenheten 12, 12” erbjuder tillgång till belastningar/påkärmingar.

Såsom kan konstateras av ovanstående kan tunnfilmssensorer 12 användas i oerhört många applikationer i banformnings- och färdigställningsmaskiner. Lösningen med sensorenheten enligt uppfinningen erbjuder nya möjligheter att mäta tryck och temperatur även beroende på dess dimensioner. För varje mätning kan sensorn dimensioneras för den speciella mätningen. Dimensioneringen kan påverkas av exempelvis materialval för och/eller tjocklek på sensorn 12.

Ett exempel på en sensor, som kan användas i uppfinningen, är 1-15 um, företrädesvis 4-8 um, såsom exempelvis 5-6 um som den totala tjockleken. Naturligtvis är även tunnare sensorer möjliga under förutsättning att de kan erbjuda tillräckligt goda isoleringsfilmer. Ytarean på en individuell sensor 12 kan exempelvis vara 0,5-5 mmz' För att ge ett exempel på diametern på en cirkulär sensorkonstruktion kan exempelvis en diameter på ca l mm nämnas. Som exemplitierande tryckresistens, exempelvis i glidlagerapplikationer 11.3, 114, 115, kan sensorns tryckresistens vara 40-150 MPa och i andra applikationer, när basmaterialet är stål, så hög som 1,5 GPa. För att ge ett exempel på rullagers 11.1, 11.2 tryck, som visar sig i pappersmaskinen 37, är det högsta yttrycket 1,4 GPa i speciella fall, men 0,6-O,8 GPa i medeltal.

Ett exempel på en tillverkningsmetod för sensorenheten enligt uppfinningen är exempelvis är ett ytbeläggningsforfarande innefattande ett eller flera steg vilket implementerats på lagrets 11 metallyta. Som exempel på lämpliga påföringsmetoder, kan industriella ytbeläggningsmetoder som är i och för sig kända nämnas, såsom exempelvis törstoftiiing och/eller sensorskiktning skapade med atomskiktsmetoder (tex.

ALD-ytbeläggningsrnetod, atomskiktsdepone-ring). 10 15 20 25 533 216 17 Fig. 11 ger ett exempel på en sådan täckt skiktkonstrtmtion, vilken visas i en tvärsnittsvy. Här befinner sig tunnfilmssensorn 12 inuti en beläggning med en styvhet och hårdhet som motsvarar åtminstone metall A. Sensom 12 uppvisar således ett hårt skyddande skikt, som är exempelvis keramiskt eller av ”kelmet” (kerarnisk metall), varvid dess yttrycksresistens är märkbart bättre än den hos exempelvis töjnings- mätningsomvandlare. Sensorn 12 möjliggör också mätning av pulserande belastning, som kan uppträda i pappersproduktionsmiljö. Skikten och deras föredragna filmhållfasthet är: Botten A (= bärande metall) såsom aluminiurnlegering eller kelmetfilm, mellanliggande film B (Cr eller Ni-Cr O,l-O,8 tim), isoleringsfilm C (SiOg. 2,4 um), känslig sensorfilm D (Cu-Mn-Ni, O,l5-0,3 pm), ledande film E (Cu-Mn-Ni, 0,15-0,3 tim) och skyfddsfilm F (SiOg, 2,4 pm). Vidare skall det inses att sensorerna 12 som visas i figurerna av illustrativa skäl är extremt överdrivna ifråga om dimension. i realiteten utgör sensorenheten 12 del av ytan på komponenten ll, 35, 36, dvs. är integrerad med denna. Sensor-enheten 12 och komponenten ll, 35. 96 bildar således en gemensamt fungerande helhet.

I allmänhet kan en sensor enligt uppfinningen baseras på piezoresistiviteten hos manganin (en legeringsmetall av koppar, mangan och nickel). Formen på sensorenheten på ytan eller i dess närhet kan exempelvis vara en båge (arc) eller omegaform (Q).

Det skall inses att ovanstående beskrivning och figurerna som hör till denna endast är avsedda att illustrera föreliggande uppfinning. Uppfinningen är således inte begränsad till enbart ovan beskrivna uttöringsforiner eller de som anges i kraven utan många olika variationer och modifikationer av uppfinningen, som är möjliga inom ramen för den uppfinningstanke som specificeras i bifogade krav, kommer att vara uppenbara for fackmän inom området.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 533 213 18 KRAV

1. Anordning i en banformnings- eller falrdigställningsmaskin (37 , 42) vilken anordning innefattar en vals (10.1-10.5) samt lagerorgan (1 1) med stödlager (1 1.1, 11.2, 11.3, 114, 115) för valsen varvid stödlagren består av åtminstone två rullbanor (19.1, 19.2) och varvid åtminstone en tunnfilmssensor för mätning av driftfiñrhållanden för valsen är anordnad för varje rullbana (19.1, 19.2).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vals utgörs av en pressvals (l0.1, 10.2) eller en kalandervals (10.2, 10.3, 10.5),

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tunnfilmssensorerna (12, 12”) är anordnade i anslutning till stödlagrets (11.1, 11.2) fasta bana (15, 16).

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att tunnfilmssensorerna (12, 12”) är anordnade i anslutning till stödlagrets (11.1, 11.2) fasta bana (15, 16), i dess belastningsorrtråde (30).

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vals utgörs av en deflektionskompenserad vals (10.2, 10.5), som dessutom innefattar organ (35, 36) för belastning av valsen ( 10.2) och i vilken tunnfilmssensorer (12) är anordnade i anslutning till nämnda belastníngsorgan (35, 36).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att organen för belastning av valsen (l0.2) innefattar flera belastningselement (35) med tunnñlmssensorer (12) anordnade i anslutning till åtminstone en del därav.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av att lagren innefattar glidlager (1 1.3, 1 14, 1 15), med tunnfilmssensor (12) anordnade att mäta t.ex. belastningstyck och/eller temperatur över glidytorna och/eller vid slidskofickorna och hålrummen (61, 62, 64, 65) i egenskap av nämnda drifttörhållanden.

8. System i banfonnnings- och fardigställningsrnaskin (37, 42) för övervakning och/eller styrning av driftfórhållanden för en vals (10.1-10.5), varvid systemet innefattar en processorenhet (CPU) som genomför övervakning och/eller styrning av maskinen (37, 42) och varvid valsen har lagerorgan med stödlager (1 1 .1, 11.2, 1 1.3, 114, 115) for valsen (l0.1-1().5_) vilka stödlager (1 1.1, 11.2, 1 1.3, 114, 1 15) består av åtminstone två rullbanor (19. 1, 19.2) och varvid åtminstone en tunnfilmsensor (12, 12”) för mätning av 10 15 20 25 30 35 533 215 19 driftforhållanden for valsen (10.1-10.5) är tillordnad för varje rullbana (l9.1, 19.2) vilka tunnfilmssensorer (12, 12°) är anordnade att tillhandahålla mätresultat till nämnda processorenhet (CPU) beträffande driftforhållanden for valsen.

9. System enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att processorenheten (CPU, 101) är anordnad att styra regleringen av smörjoljeflödet i valsens (10.1-10.5) lager (11.1-11.3, 114, 115) på grundval av den mätning som utförts med tunnfilmssensorerna (12, 12').

10. System enligt något av kraven 8-9, k ä n n e t e c k n at av att genom användning av tunnfilmssensorerna (12, 12°) kan belastning med fokus på lagren (1 1.1, 1 1.2) fastställas, för vilken belastning ett kriterievärde ställs in, varvid när detta uppfylls en axiell belastning enligt det inställda värdet fokuseras på lagren (11.1, 11.2).

11. System enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att aldiveringsorgan (20) är anordnade i anslutning till valsens ände för att flytta positionen for rullagrets (11) fasta bana i axiell riktning på grundval av den mätning som utförs med tunnñlmssensorerna (12, 12°).

12. System enligt något av kraven 8 - 11, k ä n n e t e c k n at av att tunnfilms- sensorerna (12, l2”) är anordnade att mäta nypkrafterna i valsnyfpkonstruktioner (45) genom att mäta påkänningarna for lagrens (1 1.1, 11.2) fasta banor (15, 16) och på grundval av nämnda mätning kan kalandreringsprocessen styras.

13. Metod i en banforrnnings- eller färdigställningsmaskin (37, 42) for mätning av driftforhållandena for en vals (10.1-10.5)i, vilken vals har lagerorgan (11) med stödlager (1 1.1, 11.2, 1 1.3, 114, 115) för valsen varvid stödlagren består av åtminstone två rullbanor (19.1, 19.2) och varvid åtminstone en tunnfilmssensor for mätning av driftiörhâllanden för valsen är anordnad för varje rullbana (19.1, 19.2) och varvid driftforhållandena for valsen (10.1 - 10.5) mäts med nämnda tunnfilmssensorer (12, 12”).

14. Metod enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att regleringen av smörjoljeflödet i lagren (11.1, 11.2, 11.3, 114, 115) för valsen (10.1-l0.5) styrs på grundval av den mätning som utförts av tunnfilmssensorerna (12, 12°). 10 15 20 533 TIS 20

15. Metod enligt kravet 13, k ä n n e t e c k n a d av att genom användning av tunnfilrnssensorerna ( 12, 12') fastställs belastning med fokus på lagren (11.1, 11.2) för styrning av den axiella belastning som skall fokuseras på lagren (1 1.1, 11.2).

16. Metod enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att positionen på den fasta banan för valsens (10.1-10.3) flyttas i axiell riktning i anslutning till valsens (10.1-10.3) ände på grundval av den mätning som utförts med tunnfilrnssensorema(12, 12').

17. Metod enligt något av kraven 13 - 16, k ä n n e t e c k n a d av att tunnfilms- sensorema (12, 12°) används för att mäta nypkrafterna i valsnypskonstruktioner (45), vilken mätning görs på lagrens (11.1, 11.2) fasta banor (15, 16) och på grundval av nämnda mätning styrs kalandreringsprocessen.

18. Metod enligt något av kraven 13-17, k ä n n e t e c k n a d av att tunntilmssensorer (12) används för att mäta exempelvis belastningstryck och/eller temperatur över glidlagrens (1 1.3, 114, 115) glidytor och/eller i slidskofickornafhålrummen (61, 62, 64, 65) i egenskap av nämnda driftförhållanden för lagret (11.3).

19. Metod enligt något av kraven 13-18, k ä n n e t e c k n a d av att tunnfilmssensor (12) används också vid belastningsmätningar över glidytoma (3 8) på glidskon (3 9) i en bandvals (10.4) och/eller i fickorna (38°) på glidskon (39).