-
Gegenstand
dieser Erfindung ist ein Verfahren nach Anspruch 1 der Patentansprüche zur
Dämpfungsschwingung
eines trägerartigen
Stücks.
-
Gegenstand
der Erfindung ist auch ein schwingungsgedämpftes trägerartiges Stück.
-
Zweck
der Kalandrierung ist eine Erhöhung von
Glätte
und Glanz für
Papier und Karton sowie eine Verbesserung von sonstigen Eigenschaften
der Druckoberfläche.
Bei der Kalandrierung von Papier und Karton wird die Bahn in einem
von zwei entgegengesetzten Walzen gebildeten Walzenspalt geformt.
Die Kalanderwalzen können eine
harte oder weiche Oberfläche
aufweisen. Die Oberflächenschicht
von Walzen mit weicher Oberfläche
besteht aus Papier, sonstigem Fasermaterial oder aus Polymermaterial.
Die Thermowalzen mit weicher Oberfläche werden allgemein aus Gusseisen
gefertigt, und diese können
mit Öl,
Dampf oder auf andere Weise erwärmt
oder gekühlt
werden, zum Beispiel durch Induktionserwärmung.
-
Bei
Langwalzenspalt-Kalandern wird die eine Walze durch einen Belastungsschuh
und einen diesen umgebenden Riemen ersetzt.
-
Während des
Kalanderbetriebs bleiben den Kalandrierungsabdruck schwächende Verunreinigungen
auf den Umhüllungsflächen haften;
solche Verunreinigungen sind z.B. Streichmasse, Klebebandreste oder
von der Bahn abgetrennte Papierstücke, die insbesondere an Walzenoberflächen mit
Polymerbeschichtung wegen der für
Polymerbeschichtungen typischen elektrischen Aufladung haften bleiben.
Die an der Walzenoberfläche
anhaftenden Klebeband- und Papierstücke können außer auf der Beschichtung der
zu kalandrierenden Bahn auch auf der Walzenbeschichtung Spuren verursachen.
Eine Walzenspaltbelastung von 300–450 kN/m verursacht auf der
Walzenumhüllung
einen in Radialrichtung typischen Durchhang von 60–120 μm, so dass
ein auf der Walzenoberfläche
befindliches 90 μm
großes
Papierstück
große örtliche
Belastungen auf der Walzenoberfläche
verursachen kann.
-
Um
eine Beschädigung
von Bahn und Walzenbeschichtung zu verhindern, werden die an der Walzenoberfläche anhaftenden
Verunreinigungen während
des Kalanderbetriebs mit einem Schaber entfernt. Bei einer Bahnrisssituation
verhindert der Schaber zudem, dass sich die Bahn um die Walze wickelt.
Im Schaber befindet sich parallel zur Walzenachse ein Schaberträger, an
dem ein das Schabermesser haltender Messerhalter befestigt ist.
Das Schabermesser wird mittels pneumatischen Belastungsschläuchen gegen
die Walze gedrückt.
Der Schaberträger
ist allgemein geschweißt
ausgeführt, weshalb
die Dämpfungskapazität für die Schwingungen
des Schaberträgers
gering ist. Darum wächst
die Schwingungsamplitude mit verhältnismäßig kleinen resonanzfrequenzlichen
Erregern auf ein beeinträchtigendes
Niveau an. Die im Schaberträger
vorkommenden Schwingungen sind sowohl vertikal als auch horizontal
und können
sowohl aus harmonischen als auch impulsartigen Anregungen entstehen.
Der Schaberträger
ist an dem gleichen Träger
wie die Walze befestigt, weshalb sich plötzliche Bewegungen der Walzen über den
Träger
auf den Schaberträger übertragen
und als Impulserreger fungieren, die den Träger mit ihrer kritischen Eigenfrequenz
zum Schwingen bringen. Außerdem
werden durch die sich drehende Walze, gegen die das Schabermesser gedrückt wird,
sowohl harmonische als auch impulsarti ge Anregungen über den
Messerhalter auf den Schaberträger übertragen.
Falls die Erregerfrequenz der Walze die gleiche wie die Eigenfrequenz
des Schaberträgers
ist, beginnt der Träger
mit seiner Eigenfrequenz zu schwingen.
-
Zur
Zeit ist man bestrebt, die von den harmonischen Anregungen verursachten
Schwingungen durch eine größere Dimensionierung
der Eigenfrequenz des Schaberträgers
als die der durch die Rotation der Walze verursachte harmonische
Schwingungsfrequenz zu verhindern. Auf die Größe der Eigenfrequenz des Trägers wirken
dessen Masse, Steifheit und Art der Abstützung ein. Eine Erhöhung der
kritischen Eigenfrequenz des Trägers
vermehrt allgemein Größe und Gewicht
des Trägers,
was die Konstruktion des Trägers
erschwert und die Fertigungskosten anhebt. Die Erhöhung der
kritischen Eigenfrequenz des Trägers
wirkt sich jedoch nicht auf die von den impulsartigen Anregungen
verursachten Schwingungen aus, da die auf den Träger ausgerichtete impulsartige
Anregung das breite Frequenzband anregt.
-
Aufgabe
dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartigen Verfahrens
zur Dämpfung
von Trägerschwingungen.
Aufgabe der Erfindung ist auch die Bereitstellung eines neuartigen
schwingungsgedämpften
Trägers.
-
Die
Erfindung beruht darauf, dass an der Verbindung des sich nicht drehenden
trägerartigen Stücks, vor zugsweise
an der Wölbungsstelle
der zu dämpfenden
Schwingungsform, zumindest ein Schwingungsdämpfer verwendet wird, dessen Schwingungseigenfrequenz
derart eingestellt wird, dass diese niedriger ist, vorzugsweise
wesentlich niedriger als die Frequenz oder der Frequenzbereich des
Trägers,
der gedämpft
werden soll. In einer vorteilhaften Anwendungsform der Erfindung
setzt sich der Dämpfer
aus einem die Schwingungsenergie des Trägers absorbierenden Dämpfungselements
und einer auf den Raum des Dämpfungselements
angepassten Masse zusammen. Das Dämpfungselement absorbiert die
Schwingungsenergie des Trägers
und wandelt diese in eine andere Energieform um, z.B. unter Nutzung
von Massenträgheit
in Wärme.
-
Genauer
gesagt ist für
ein Verfahren nach der Erfindung charakteristisch, was im Anspruch
1 der Patentansprüche
dargestellt ist.
-
Hinsichtlich
eines trägerartigen
Stücks
nach der Erfindung ist charakteristisch, was im Anspruch 6 der Patentansprüche dargestellt
ist.
-
Mit
der Erfindung werden beachtliche Vorteile erreicht.
-
Mittels
des Verfahrens nach der Erfindung können die Schwingungen des Trägers effektiv
gedämpft
werden. Da der Schwingungsdämpfer
unter Nutzung von Massenträg heit
funktioniert, dämpft
er auch Schwingungen, die auf anderen als auf der Eigenfrequenz
des Trägers
vorkommen. Außerdem
ist ein Dämpfer
nach der Erfindung von der Konstruktion her einfach und leicht an
der Verbindung des zu dämpfenden
Trägers
zu montieren.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden genauer mittels der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
-
1 stellt als grundsätzliche
Perspektivabbildung ein schwingungsgedämpftes trägerartiges Stück nach
der Erfindung dar.
-
2 stellt den Dämpfer von 1 von vorne abgebildet dar.
-
Der
in 1 dargestellte Träger 1 ist
zum Beispiel ein Schaberträger
der Kalanderwalze. Der Schaberträger
sitzt parallel zur Walzenachse, und der Träger 1 ist an seinen
Enden an die gleichen Träger
befestigt wie die abzuschabende Walze. Der Schaberträger 1 ist
allgemein geschweißt
ausgeführt und
kapselartig. An den Trägerbalken
ist ein das Schabermesser haltender Messerhalter befestigt. Das
Schabermesser wird durch pneumatische Belastungs- und Entlastungsschläuche an
die Walze gedrückt
und von dieser abgerückt.
Füllt sich
der Belastungsschlauch mit Luft, drückt sich das Schabermesser
gegen die Walze, und rückt
von dieser ab, wenn der Belastungsschlauch entlüftet wird. Der Schaber wird
mittels Drehzylinder in eine Wartestellung gedreht. Der Drehzylinder
kann hydraulisch oder pneumatisch sein. Das Schabermesser besteht
normalerweise aus Verbundmaterial.
-
Zur
Dämpfung
der Schwingungen des Trägers 1 ist
an die Verbindung des Trägers 1 ein
die Schwingungsenergie absorbierender so genannter Feder-Masse-Dämpfer 2 angepasst.
Der Dämpfer 2 ist
an der Oberfläche
des Trägers 1 befestigt,
wodurch er die Schwingungen in Richtung der Y-Achse bzw. die Schwingungen
des Trägers 1 in
Vertikalrichtung des in 1 dargestellten
Koordinatensystems dämpft.
Eine entsprechende Dämpfung
in Richtung Y-Achse wird auch mit einem an der Unterfläche des Trägers 1 angebrachten
Dämpfer
erreicht. Falls eine in Richtung der X-Achse des Koordinatensystems bzw.
in Breitenrichtung des Trägers 1 erfolgende Schwingung
gedämpft
werden soll, ist an der Vorderfläche
und/oder Hinterfläche
des Trägers 1 ein Dämpfer anzubringen.
-
Der
Dämpfer 2 ist
an der Wölbungsstelle
der zu dämpfenden
Schwingungsform an dem Träger 1 bzw.
an der Stelle befestigt, an der die Amplitude der zu dämpfenden
Schwingungsform am größten ist. Falls
an dem Träger 1 mehrere
Wölbungsstellen
vorhanden sind, wird an jeder Wölbungsstelle
ein Dämpfer 2 angebracht.
Gegebenenfalls können
an der Wölbungsstelle
auch mehrere Dämpfer 2 angebracht werden.
Da der Dämpfer 2 prak tisch
nicht punktartig ist, wird er symmetrisch an beiden Seiten der Wölbungsstelle
so angepasst, dass der Mittelpunkt der Dämpfungswirkung sich an der
Wölbungsstelle
der zu dämpfenden
Schwingungsform befindet. Falls der Träger 1 an beiden Ende
abgestützt
ist, liegt die Wölbungsstelle
der zu dämpfenden
Schwingungsform normalerweise zwischen den Abstützpunkten im Mittelpunkt des
Trägers 1,
wodurch die Distanz von der Wölbungsstelle
zu beiden Abstützpunkten
gleich groß ist.
Falls der Träger 1 an
beiden Enden zusätzlich
auch am Mittelpunkt abgestützt
wird, gibt es entsprechend an dem Träger 1 üblicherweise
zwei Wölbungsstellen
der zu dämpfenden
Schwingungsform, die sich zwischen dem in der Mitte des Trägers 1 liegenden
Abstützpunkt
und dem am Ende des Trägers 1 liegenden
Abstützpunkten
befinden.
-
Der
Dämpfer 2 ist
mit einem die Schwingungsenergie absorbierenden Dämpfungselement 3 versehen,
das mit den Halteklammern 5 mit seinem einen Ende an der
Wölbungsstelle
der zu dämpfenden
Schwingungsform des Trägers 1 befestigt
ist. Am anderen Ende des Dämpfungselements 3 ist
die Masse 4 befestigt. Das Dämpfungselement 3 ist
sowohl federnd als auch dämpfend.
In der in den Zeichnungen dargestellten Anwendungsform ist das Dämpfungselement 3 mit
einem zu einer Spirale gebogenen Stahlseil versehen und umfasst
zwei Seilspiralreihen, die parallel in Längsrichtung (Z) des Trägers 1 angebracht
sind. Die Unterseiten der Seilspiralen sind an den un teren Halteklammern 5 und
die Oberseiten an den oberen Halteklammern 6 befestigt.
Die Masse 4 ist an den oberen Halteklammern 6 befestigt.
Die unteren Halteklammern 5 und die oberen Halteklammern 6 sind
aus einem eine gute Schwingungsdämpfungsfähigkeit
aufweisenden Material gefertigt, zum Beispiel aus Aluminium, und
die Stränge
des Drahtseils bestehen zum Beispiel aus rostfreiem Stahl.
-
Das
Dämpfungselement 3 federt
in alle Richtungen und absorbiert wirksam stoßartige Belastungen. Da die
Masse 4 abgestützt
und nur am Dämpfungselement 3 befestigt
ist, kann es sich frei im Raum des Dämpfungselements 3 bewegen.
Die Masse 4 wirkt den von den Schwingungen des Trägers 1 verursachten
Bewegungen entgegen, wodurch das zwischen Masse 4 und Träger 1 liegende Dämpfungselement 3 Kräften ausgesetzt
ist, deren verursachte Bewegung sich im Dämpfungselement 3 in
eine andere Energieform umwandelt, normalerweise in Wärmeenergie.
Wird im Dämpfungselement 3 ein
Drahtseil verwendet, scheuern sich die darin befindlichen Stränge beim
Bewegen des Drahtseils aneinander, wodurch als Folge der Reibung
Wärme entsteht.
Da der Dämpfer 2 unter
Nutzung von Massenträgheit
funktioniert, kann dieser eine auf verschiedenen Frequenzen erfolgende
Schwingung des Trägers 1 dämpfen.
-
Die
Masse 4 sowie die Federkonstante und der Dämpfungsfaktor
des Dämpfungselements 3 werden
so gewählt, dass
die Eigenfrequenz des Dämpfers 2 niedriger
ist als die Frequenz oder das Frequenzband des Trägers 1,
die gedämpft
werden sollen. Die zu dämpfende
Frequenz ist normalerweise die Eigenfrequenz des Trägers 1 oder
das zu beiden Seiten befindliche schmale Frequenzband der Eigenfrequenz.
Die Eigenfrequenz des Dämpfers 2 wird
so eingestellt, dass diese weniger als 99 % von der Frequenz der
zu dämpfenden
Schwingung beträgt,
vorzugsweise weniger als 90 %. Das Verhältnis der Masse des Trägers 1 zur
Masse 4 des Dämpfers 2 beträgt in einer
Anwendungsform nach der Erfindung ca. 1:10. Auf die Größe der Federkonstante
und des Dämpfungsfaktors
des Dämpfungselements 3 kann
u.a. durch Veränderung
der Anzahl der Stränge des
Drahtseils, der Maße
und der Steifheit der im Drahtseil zu verwendenden Stränge, der
Flechtart der Stränge
sowie der Anzahl und Maße
der Drahtseilglieder und Drahtseilgliedreihen eingewirkt werden.
Die vorstehend beschriebenen Reibungsdämpfungselemente 3 sind
allgemein mit verschieden großen
Federkonstante- und Dämpfungsfaktorenwerten erhältlich.
-
Die
Erfindung hat vom vorstehend Beschriebenen abweichende Anwendungsformen.
-
Als
Dämpfungselement 3 kann
anstelle oder zusätzlich
zum vorstehend beschriebenen Reibungsdämpfer auch einen Flüssigkeitsdämpfer, Gasdämpfer, Gummi
oder ein anderes einer Bewegung entgegen wirkendes Element ha ben,
das eine große
innere Dämpfungskapazität aufweist.
Dämpfungselemente dieses
Typs sind in mehreren Ausführungen
erhältlich,
und auch die Konstruktion eines solchen stellt für den Fachmann keine Schwierigkeit
dar. Der Dämpfer 2 kann
gegebenenfalls an die oder den Wölbungsstellen
der zu dämpfenden
Schwingungsform an der Innenseite des Trägers 1 angebracht
werden. Der Dämpfer 2 kann
auch zur Dämpfung
der Schwingungen von anderen trägerartigen
und nicht drehenden Maschinenteilen verwendet werden. Derartige
Maschinenteile sind u.a. Schaberträger, Messträger, Messrahmen, nicht drehende
Abtriebswalzen, Kalanderanfeuchter, Pressen, Yankee-Zylinder, Trommeltrockner
und Streicheinrichtungen der Streichanlagen von Papiermaschinen.