WO2012130910A1 - Druckzonenregelung für einen schaber - Google Patents

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Tobias Kleemann
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Pacon Ltd. & Co. Kg
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    • B41P2235/00—Cleaning
    • B41P2235/10—Cleaning characterised by the methods or devices
    • B41P2235/20—Wiping devices
    • B41P2235/21—Scrapers, e.g. absorbent pads

Definitions

  • the invention relates to a device for pressure zone controlled pressing a scraper for cleaning smooth surfaces, especially for surfaces of rollers, as used in the paper, board and cardboard industry and in the
  • a device according to claim 1 Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the device according to the invention for pressure-zone-controlled cleaning of smooth surfaces is characterized in a particular embodiment in that the contact pressure can be regulated locally variably.
  • the device according to the invention preferably further comprises a detection and control system for the actual contact pressure of the scraper over its length.
  • the contact pressure of the scraper is regulated by means of the data of the detection system.
  • the contact pressure control by means of a
  • the pressure detection takes place by means of a piezoelectric system or a
  • Measured variables such as the change in resistance of a Wheatstone bridge or on optical strain gauges.
  • systems based on the principle of Bragg gratings can be understood as optical strain gauges.
  • a principle is understood in which a control variable occurring in a technical system and principally variable variables in a predetermined range is attempted to be kept constant.
  • disturbances or changes in a substantially closed system are compensated for by the control.
  • Control is understood as a method in which certain target values are specified in an open system, but in particular an automatic one
  • a "pseudo-regulation" is often realized in the art by the interposition of operating personnel.
  • knife-like scraper are applied to the rollers.
  • the scrapers have a blade which encloses an angle of usually between 8 ° and 40 ° with a tangent applied to the surface of the roller in the area of contact.
  • the scrapers for example, made of metal, plastic or composites or composite materials.
  • the contact pressure as in this connection the contact force per unit length of the scraper is referred to, is normally between 50 and 500 N / m and is generated by the weight of the scraper, the scraper holder, etc. and / or by hydraulic and / or mechanical means , There is no variable
  • strain gauges which are arranged at preferably regular intervals over the extension of a measuring scraper extending parallel to the roller length and are connected via measuring lines to an evaluation device.
  • a doctor blade device is described in EP 1 259 377 B1. Online options for recording contact pressure are still missing today.
  • the degree of wear of the scrapers used varies both across the width of the scraper, recognizable as a wear profile, and absolutely per use time, depending on the wear characteristics of the scraper Scraper material.
  • the lengths of the rollers and thus also the scrapers are typically between 1 m and 13 m.
  • the object of the present invention is to reduce the problems known in the prior art.
  • Particular embodiments also serve to provide a device which makes it possible to detect the profiles of scrapers in a manner independent of the length of the respective scraper, and preferably to digitally store or condition it.
  • the profiles thus acquired should then be able to be adjusted by locally variable change of the contact pressure of the form of the contact pressure profile desired by the operator. It should u.a.
  • a device can be provided which allows the detection of the values easier and cheaper than the technology used today for this purpose and additionally the correction of a bad
  • a preferred embodiment uses a plurality of independently acting measuring devices and control devices for locally variable control of the contact pressure profile, which are arranged in particular in the longitudinal direction of the scraper.
  • the distances of the control units between 30 mm to 1000 mm, preferably 50 mm to 300 mm, more preferably 75 mm to 200 mm and in particular 100 mm to 150 mm.
  • a particularly preferred embodiment of the solution of the problem posed enables the detection of the contact pressure by means of strain gauges (DMS) or optical or piezoelectric methods and the regulation of the contact pressure by means of electrically, thermally, pneumatically or hydraulically operated drives such as spindle drives.
  • DMS strain gauges
  • optical or piezoelectric methods and the regulation of the contact pressure by means of electrically, thermally, pneumatically or hydraulically operated drives such as spindle drives.
  • the thermal powered drives are systems which have an expanding heating element, for example
  • Electric or electromotive drives preferably work with motors and can be connected, for example, directly or by means of a bus (data transmission).
  • Pneumatic drives work preferably with compressed air, by means of which directly or through a
  • the pressure regulating device mounted in the region of the contact pressure sensor is activated and the pressure locally increased at low contact pressure or locally reduced at too high contact pressure.
  • the scraper can also be automatically drawn into the scraper holding device via motor-driven rollers and pushed out again in order to reduce the risk of injury to the operating personnel.
  • the user must during the automated measurement and control of the scraper contact pressure not be present. As there are no massive slumps in the
  • Guide rollers and the motorized rollers each stripes of a material with an increased tack (frictional resistance) applied to prevent slipping on the smooth surface of the scraper.
  • the surface of the scraper can be equipped by roughening against a too smooth surface.
  • a measuring method for determining the scraper contact pressure and / or the subsequent control can be an electromechanical control, or the
  • a further embodiment variant of the invention provides that the detection of the contact pressure profile profile takes place with the aid of optical detection methods, for example by using sensors based on Bragg gratings or other optical strain gauges.
  • sections of the scraper not only at least partially understood mechanically separate sections, but these also result from the assignment of a one-piece scraper to the respective contact pressure element and the resulting therefrom
  • the acquisition of the measured data can be done with the help of a common
  • Data collection programs such as Lab View® or other programs based on C ++ or Java or Python, just to name a few.
  • FIG. 1 shows a good doctor pressure profile at variable contact pressures.
  • the top line (inter alia at point 18) corresponds to the contact pressure of 2.5 bar proposed in the production by the manufacturer of the doctor blade holder. The lowest line is the resultant at a contact pressure of 1, 0 bar.
  • FIG. 2 shows a poor doctor pressure profile at variable contact pressures.
  • the middle line (at point 15, the second line from the top) corresponds to the contact pressure proposed by the manufacturer of the scraper holder during production.

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  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur druckzonengeregelten Reinigung von Oberflächen mit einem Schaber, einer Anpress- und einer Erfassungseinrichtung, wobei der Schaber mittels mehrerer Anpressdruckvorrichtungen einem Teilbereich der Anpresseinrichtung an die Oberfläche anpressbar ist und die Erfassungseinrichtung den tatsächlichen Anpressdrucks des Schabers auf der Oberfläche erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck der Anpresseinrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Anpressdrucksverlaufs über die Länge auf der Oberfläche des Schabers geregelt wird.

Description

Druckzonenregelung für einen Schaber
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur druckzonengeregelten Anpressung eines Schabers für die Reinigung glatter Oberflächen insbesondere für Oberflächen von Walzen, wie sie in der Papier-, Pappe und Kartonindustrie sowie in der
Druckindustrie verwendet werden.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Systeme zur Reinigung von Walzen bekannt. So werden im Stand der Technik Schaber eingesetzt, die in
entsprechenden Halterungen aufgenommen an eine Oberfläche angelegt werden, um diese von oberflächlichen Verunreinigungen zu säubern. Nachteilig hierbei ist es jedoch, dass die Schaber selten wenn überhaupt gleichmäßig auf der Oberfläche anliegen und hierdurch insbesondere der Verschleiß sehr unterschiedlich über die Länge des Schabers ist. Abgesehen vom unterschiedlichen Schaberverschleiß erzeugen unterschiedliche Schaberanpressdrücke auch eine unterschiedlich gute Reinigung der Oberflächen, was zu unterschiedlichen Ablagerungsdicken und damit zu unterschiedlichen Wärmeübergängen bei der Trocknung und damit auch zu Schwankungen in der Feuchte des Produktes führt. Ausgehend von diesem Problem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
System bereit zu stellen, mit welchem die im Stand der Technik bekannten Probleme wenigstens teilweise gelöst werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur druckzonengeregelten Reinigung glatter Oberflächen ist in einer besonderen Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck örtlich variabel geregelt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise ein Erfassungs- und Regelungssystem für den tatsächlichen Anpressdruck des Schabers über dessen Länge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Anpressdruck des Schabers mittels den Daten des Erfassungssystems geregelt.
Vorzugsweise erfolgt die Anpressdruck-Regelung mit Hilfe einer
elektromechanischen Regelung und insbesondere mit Hilfe einer hydraulischen Regelung. Alternativ kann die Anpressdruck-Regelung auch mittels
Thermoelementen bzw. mittels Elementen erfolgt, die sich aufgrund von Wärme bzw. Kälte ihre Dimension verändern. Selbstverständlich können die einzelnen Elemente und Regelungssysteme auch miteinander kombiniert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Druckerfassung mit Hilfe eines piezoelektrischen Systems oder eines
mechanischen Dehnmessstreifens vorzugsweise basierend auf elektrischen
Messgrößen wie z.B. der Widerstandsänderung einer Wheatstone'schen Brücke oder auf optischen Dehnmessstreifen. Als optischer Dehnmessstreifen können hierunter beispielsweise Systeme basierend auf dem Prinzip der Bragg-Gittern verstanden werden.
Als Regeln wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Prinzip verstanden, bei welchem eine Regelungsgröße in einem technischen System vorkommende und prinzipiell veränderliche Größen in einem vorgegebenen Bereich versucht wird konstant zu halten. Insbesondere werden mittels der Regelung Störgrößen oder Veränderungen eines im Wesentlichen geschlossenen Systems ausgeglichen.
Als Steuern wird ein Verfahren verstanden, bei welchen im einem offenen System bestimmte Zielwerte vorgeben werden aber insbesondere eine automatische
Rückkopplung zur Veränderung der Stellgröße nicht erfolgt. Aus einem offenen Steuerungssystem wird in der Technik häufig durch die Zwischenschaltung von Bedienpersonal eine„Pseudoregelung" verwirklicht. Zum Reinigen von beispielsweise in Papiermaschinen oder in Druckwerken rotierenden Walzen werden an die Walzen messerartige Schaber angelegt. Die Schaber weisen eine Klinge auf, die dabei mit einer im Berührungsbereich an die Walzenoberfläche angelegten Tangente einen Winkel von üblicherweise zwischen 8° und 40° einschließt. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche der Walzen und deren Rotationsgeschwindigkeiten bestehen die Schaber beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Composites bzw. Verbundmaterialien. Der Anpressdruck, wie in diesem Zusammenhang die Anpresskraft pro Längeneinheit des Schabers bezeichnet wird, liegt im Normalfall zwischen 50 und 500 N/m und wird durch das Eigengewicht des Schabers, des Schaberhalters, usw. und/oder durch hydraulische und/oder mechanische Einrichtungen erzeugt. Hierbei erfolgt keine variable
Regelung des Anpressdrucks, sondern nur der Versuch der Erzeugung eines homogenen Anpressdrucks mit Hilfe hydraulischer Maßnahmen
(Luftdruckschläuche). Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass die damit erzielbaren Profile in teilweise hohem Maße von dem angestrebten gleichmäßigen
Anpressdruckprofil abweichen. In Figur 1 und 2 sind derartige reale
Anpressdruckkurven wiedergegeben. Daraus ist klar zu erkennen, dass eine
Möglichkeit fehlt, den örtlich unterschiedlichen Anpressdruck des Schabers nachzuregeln. Derartige Probleme führen zu Schäden im hohen Millionenbereich, da es beim Durchlassen von Papier in Papiermaschinen schnell zu Schäden an der Schaberhalterung, den Schabern selbst, der Bespannung und gegebenenfalls sogar an der Pressrolle und deren Lagerung kommen kann.
Die bis heute einzige Möglichkeit zur Überprüfung des Anpressdrucks der Schaber erfolgt offline, bei stehender Maschine, u.a. mittels Messschabern, die anstelle der reinigenden Schaber eingesetzt werden. Diese Messschaber umfassen
beispielsweise Dehnungsmessstreifen, die in vorzugsweise regelmäßigen Abständen über die parallel zur Walzenlänge verlaufende Erstreckung eines Messschabers angeordnet und über Messleitungen mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind. Eine derartige Messschabervorrichtung ist in der EP 1 259 377 B1 beschrieben. Online Möglichkeiten zur Erfassung des Anpressdruckes fehlen bis heute.
Je nach Art der Anlage variiert der Abnutzungsgrad der eingesetzten Schaber sowohl über die Breite des Schabers, erkennbar als Abnutzungsprofil, als auch absolut pro Einsatzzeit in Abhängigkeit von den Verschleißeigenschaften des Schabermaterials. Die Längen der Walzen und damit auch der Schaber liegen typischerweise zwischen 1 m und 13 m. Um die aufwendigen Messverfahren des Schaberanpressdruckprofils auf ein wirtschaftliches Mindestmaß zu reduzieren, wäre es wünschenswert, den tatsächlichen bzw. absoluten Verschleiß der Schaber pro Zeiteinheit als auch das beim Verschleiß entstehende Profil des Schabers online während der Produktion digital zu erfassen und mit anderen erfassten Daten bzw. Profilen zu vergleichen. Zusätzlich wäre es wünschenswert, das Anpressdruckprofil bei Ungleichmäßigkeiten im Druckprofil örtlich begrenzt nachregeln zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu reduzieren. Besondere Ausführungsformen dienen ferner dazu, eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche es ermöglicht, die Profile von Schabern in einer von der Länge des jeweiligen Schabers unabhängigen Weise zu erfassen und vorzugsweise digital zu speichern bzw. aufzubereiten. Die dergestalt erfassten Profile sollen dann durch örtlich variable Veränderung des Anpressdrucks der vom Betreiber gewünschten Form des Anpressdruckprofils angepasst werden können. Es soll u.a. also eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die die Erfassung der Werte einfacher und kostengünstiger ermöglicht als die heute hierfür zum Einsatz kommende Technik und zusätzlich die Korrektur eines schlechten
Anpressdruckprofils ermöglicht. Die Produktionsausfälle durch Probleme mit Schabern sollen reduziert werden und insbesondere auch die Folgekosten bei
Problemen mit ungenügend anpressenden Schabern weitgehend automatisch und auf sichere Weise für den Anwender vermeidbar werden.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einer Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgelisteten Merkmalen. Weiterbildungen sowie vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen und Regeln eines Schaberprofils umfasst a) eine Schaberhalterung, die den Schaber sicher fest hält und b) mindestens 1 Messvorrichtung zur Erfassung des örtlichen Schaberanpressdrucks und c) eine Vorrichtung, die eine Erhöhung oder Absenkung des Anpressdruckes im Bereich der Messwerterfassung ermöglicht. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet mehrerer voneinander unabhängig wirkende Messvorrichtungen und Regelvorrichtungen zur örtlich variablen Regelung des Anpressdruckprofils, die insbesondere in Längsrichtung der Schabers angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Abstände der Regeleinheiten zwischen 30 mm bis 1000 mm, vorzugsweise 50 mm bis 300 mm, besonders bevorzugt 75 mm bis 200 mm und insbesondere 100 mm bis 150 mm.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Lösung des gestellten Problems ermöglicht die Erfassung des Anpressdrucks mittels Dehnmessstreifen (DMS) oder optischen oder piezoelektrischen Verfahren sowie die Regelung des Anpressdruckes mit Hilfe von elektrisch, thermischen, pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Antrieben wie beispielsweise Spindelantrieben.
Dabei handelt es sich bei den thermischen betriebenen Antrieben um Systeme, welche ein sich ausdehnendes Heizelement aufweisen, wenn beispielsweise
Spannung an das Heizelement angelegt wird. Elektrische bzw. elektromotorische Antriebe arbeiten bevorzugt mit Motoren und können beispielsweise direkt oder mittels einem Bus (Datenübertragung) verbunden werden. Pneumatische Antriebe arbeiten bevorzugt mit Druckluft, mittels welchem direkt oder durch eine
Hebelübersetzung die Bewegung bewirkt wird.
Hierbei wird beispielsweise der zu regelnde Schaber mittels Rollen oder
Führungsschienen in einer festen Lage fixiert. Ein auf der Rückseite oder Vorderseite angebrachter DMS oder ein bzw. mehrere im Bereich der Anpressfinger angebrachte piezoelektrische Sensoren ermöglicht die Erfassung des jeweils lokal anliegenden Schaberanpressdruckes. Die so erhaltenen Daten werden entweder vor Ort oder zentral an anderer Stelle elektronisch verarbeitet. Sollte der erhaltene
Anpressdruckwert vom vorgegebenen Sollwert abweichen, wird die im Bereich des Anpressdrucksensors angebrachte Druckregelvorrichtung aktiviert und der Druck bei zu niederem Anpressdruck lokal erhöht oder bei zu hohem Anpressdruck lokal verringert.
Bei Bedarf kann der Schaber auch über motorisch angetriebene Rollen selbsttätig in die Schaberhaltevorrichtung eingezogen und wieder ausgeschoben werden, um die Verletzungsgefahr für das Bedienpersonal zu verringern. Der Anwender muss während der automatisierten Messung und Regelung des Schaberanpressdrucks nicht anwesend sein. Da es zu keinen massiven Einbrüchen des
Schaberanpressdrucks kommen kann, sind die heute üblichen Folgekosten und Schäden weitgehend vermeidbar.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung werden an den zu messenden Schaber zur Erhöhung des seitlichen Reibungswiderstandes über die gesamte Länge des Schabers auf beiden Seiten in Höhe der beweglichen seitlichen
Führungsrollen und der motorisch angetriebenen Rollen jeweils Streifen aus einem Material mit einem erhöhten Tack (Reibungswiderstand) aufgebracht, um ein Abrutschen auf der glatten Oberfläche des Schabers zu vermeiden. Alternativ kann auch die Fläche des Schabers durch Aufrauen gegen eine zu glatte Oberfläche ausgerüstet werden.
Als Messmethode zur Bestimmung des Schaber Anpressdruckes und / oder der anschließenden Regelung kann eine elektromechanische Regelung, oder die
Druckerfassung mit Hilfe eines mechanischen oder optischen Dehnmessstreifens Verwendung finden.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Erfassung des Anpressdruckprofilsprofils mit Hilfe optischer Erfassungsmethoden erfolgt, wie beispielsweise durch Einsatz von Sensoren basierend auf Bragg-Gittern oder andere optischen Dehnmessstreifen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Abschnitten des Schabers nicht nur wenigstens teilweise mechanisch getrennte Abschnitte verstanden, sondern diese ergeben sich auch durch die Zuordnung eines einstückigen Schabers zu dem jeweiligen Anpresselement und der hieraus sich ergebenden
Veränderungsmöglichkeit des Anpressdrucks in einem bestimmten Abschnitt des Schabers.
Die Erfassung der Messdaten kann mit Hilfe eines gängigen
Datenerfassungsprogramms erfolgen wie beispielsweise Lab View® oder auch mit anderen Programmen auf Basis von C++ oder Java oder Python, um nur einige exemplarisch zu nennen.
Fig. 1 und 2 zeigen ein gutes und ein schlechtes Schaberanpressdruckprofil aus einer Papiermaschine. In Figur 1 ist ein gutes Schaberanpressdruckprofil bei variablen Anpressdrücken gezeigt. Die oberste Linie (u.a. am Punkt 18) entspricht dem bei der Produktion vom Hersteller des Schaberhalters vorgeschlagenen Anpressdruck von 2,5 bar. Die unterste Linie ist die Resultierende bei einem Anpressdruck von 1 ,0 bar. In Figur 2 ist ein schlechtes Schaberanpressdruckprofil bei variablen Anpressdrücken gezeigt. Die mittlere Linie (an Punkt 15 die zweite Linie von oben) entspricht dem bei der Produktion vom Hersteller des Schaberhalters vorgeschlagenen Anpressdruck.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur druckzonengeregelten Reinigung von Oberflächen mit einem
Schaber, einer Anpress- und einer Erfassungseinrichtung,
welche jeweils in einem Teilbereich der Anpresseinrichtung weitgehend örtlich unabhängig voneinander an die Oberfläche anpressbar ist und die
Erfassungseinrichtung den tatsächlichen Anpressdruck des Schabers auf der
Oberfläche erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anpressdruck der Teilbereiche der Anpresseinrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Anpressdrucksverlaufs über die Länge des Schabers auf der Oberfläche geregelt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber über die Länge in eine Vielzahl von Abschnitte aufweist ist, welche jeweils mittels einem Teilbereich der Anpresseinrichtung anpressbar sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck örtlich variabel geregelt wird und/oder insbesondere die
Vorrichtung eine Vielzahl von Anpresseinrichtungen, welche über die Länge des Schabers verteilt sind, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zugleich der Anpressdruck gemessen erfasst wird.
Verfahren zur Regelung des Anpressdrucks eines Schabers auf einer
Oberfläche mit den Schritten:
- Erfassung des tatsächlichen Anpressdrucks in vorgegebenen Abschnitten über die Länge des Schabers;
- Abgleich des Istwertes des Anpressdrucks in den einzelnen Abschnitten des Schabers mit einem Sollwert;
- Anpassen des tatsächlichen Anpressdrucks in den einzelnen Abschnitten auf den Sollwert. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck auf Basis des tatsächlichen Anpressdrucks geregelt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressdruck-Regelung mit Hilfe einer elektromechanischen, pneumatisch und/oder thermischen Regelung erfolgt.
8. Verfahren nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anpressdruck-Regelung mit Hilfe einer hydraulischen Regelung erfolgt.
9. Verfahren nach Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
tatsächliche Druckerfassung mit Hilfe eines piezoelektrischen Systems erfolgt.
10. Verfahren nach Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckerfassung mit Hilfe eines mechanischen oder optischen
Dehnmessstreifens erfolgt.
1 1 Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 für ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10.
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