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Die Erfindung betrifft eine Kalandervorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie die Verwendung einer Kalandervorrichtung zur Unterdrückung von Walzenverschleiß gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Unterdrückung von Walzenverschleiß gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9
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Bei der Herstellung oder Weiterverarbeitung von Papier oder Kartonbahnen kommen häufig Kalander zur Verbesserung der Glätte oder des Glanzes der Bahn zum Einsatz. Bei klassischen Kalandern wir dabei die Faserstoffahn durch einen oder mehrere Walzennips geleitet.
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An solchen Kalandern tritt häufig eine unerwünschte Schwingungserscheinung, das sogenannte Barring-Problem auf. Bei diesem Schwingungsproblem verschleißen die Walzen nicht gleichmäßig. Vielmehr zeichnen sich auf der Oberfläche der Walzen periodische Muster aus einer ganzzahligen Anzahl von Wellen am Umfang der Walze ab. Die Anzahl der Wellen hängt dabei unter anderem von der Walzendrehzahl ab. Diese welligen Verschleißmuster erregen beim Durchlaufen des Walzennips die in Kontakt befindlichen Walzen. Durch diese initiierte Schwingung wird der Verschleiß noch weiter verstärkt. In manchen Fällen kann das Walzenpaket in wenigen Tagen so stark aufschwingen, dass die Walzen getauscht werden müssen um einerseits Ausschuss der Papierbahn zu verhindern, und andererseits die emittierte Schallabstrahlung in Grenzen zu halten. Da das Barring ein beträchtliches technologisches und ökonomisches Problem darstellt, wurden in der Vergangenheit einige Anstrengungen unternommen, die Ursachen des Barrings zu verstehen, um geeignete Abhilfe zu entwickeln. So sind aus dem Stand der Technik einige wissenschaftliche Abhandlungen über die Entstehung des Schwingungsproblems bekannt, z.B. die Dissertationsschriften „Selbsterregte Schwingungen von Papierkalandern" (P. Hader, 2005) oder „Instabilities and wear propagation in calenders: interactions with structural dynamics and contact kinematics" (Manuel Eckstein, 2014). Allgemein geht man hierin davon aus, dass der periodische Verschleiß im Walzenspalt des Kalanders stattfindet, d.h. der Ort der Erregung und der Verschleißentwicklung identisch ist. Jedoch ist aus dem Stand der Technik bisher keine befriedigende Lösung für das Barringproblem bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kalandervorrichtung und deren Verwendung sowie ein Verfahren anzugeben, womit das Barring vermieden oder zumindest reduziert werden kann.
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Die Aufgabe wird vollständig gelöst hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Kalandervorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1, hinsichtlich der Verwendung durch eine Verwendung einer Kalandervorrichtung gemäß Anspruch 8 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 9.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf neuen Versuchsergebnissen der Anmelderin. Dabei wurde beobachtet, dass der maßgebliche Anteil des Walzenverschleißes überaschenderweise nicht im Walzenspalt auftritt, sondern an dem Schaber, der zur Reinigung auf der Walzenoberfläche anliegt. (Bei einem Schaber handelt es sich um eine Klinge, die im Wesentlichen Walzenlänge hat, und die über einen schwenkbaren Balken im spitzen Winkel auf die Walzenoberfläche gedrückt wird.) Dieser Zusammenhang ist nicht naheliegend, da die Eigenfrequenz des Schaberbalkens und auch die Eigenfrequenz der Schaberklinge betragsmäßig weit von der auftretenden Problemfrequenz liegen, in der das Walzensystem aufschwingt, wenn sich das Barringproblem ausbildet. Als eine Ursache wurde in den Versuchen eine periodisch schwankende Normalkraft an der Schaberspitze (und damit auch ein periodisch schwankender Verschleiß ausgemacht). Ein zeitweises, gegebenenfalls getaktetes Abschwenken der Schaberspitze würde die Lebensdauer der Walze proportional zur Abgeschwenkten Zeit erhöhen. Dies haben Versuche bestätigt. Jedoch entfällt in dieser Zeit die Reinigungswirkung des Schabers. Dadurch können sich Ablagerungen auf der Walze bilden, die sich negativ auf die Papierqualität auswirken.
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Basierend auf diesen überraschenden Beobachtungen wird eine Kalandervorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Zellstoffbahn vorgeschlagen, die zumindest eine erste Walze und eine zweite Walze umfasst, die zusammen einen Walzennip ausbilden. Weiterhing ist zumindest eine Schabereinrichtung zum Beschabern der ersten Walze, die eine Schaberklinge und einen Schaberbalken umfasst vorgesehen, wobei die Schaberklinge entlang einer Kontaktlinie am Walzenumfang der ersten Walze anliegt. Erfindungsgemäß umfasst nun die Schabereinrichtung Justiermittel, um die Position der Kontaktlinie auf dem Walzenumfang und/oder die Anpresskraft der Schaberklinge auf die erste Walze im laufenden Betrieb der Kalandervorrichtung zu ändern.
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Durch eine der beiden Justierungen, also der Änderung der Anpresskraft und der Änderung der Position der Kontaktlinie oder auch durch die Kombination von beiden kann in der erfindungsgemäßen Kalandervorrichtung die periodische Schwankung der Normalkraft an der Schaberspitze unterdrückt werden. Mittels dieses aktiven Schabers ist die erfindungsgemäße Kalandervorrichtung in der Lage, die Ursache für das Entstehen von Barring zu eliminieren, oder zumindest deutlich zu mildern.
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Die erfindungsgemäße Kalandervorrichtung kann dabei als Zweiwalzenkalander mit einem Walzennip ausgeführt sein, oder auch als Mehrwalzenkalander mit mehreren Nips.
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Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die Walzenoberfläche zumindest einer Walze, insbesondere zumindest der ersten Walze aus einem Polymermaterial besteht, oder dieses umfasst.
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Bei Walzen mit Kunststoff bezogenen Oberflächen konnte in den Versuchen beobachtet werden, dass das Auftreten von Walzenverschleiß am Schaber besonders stark ausgeprägt ist, und hier der erfindungsgemäße Schaber besonders starke Wirkung hat.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei den Justiermitteln um Schwingungsaktuatoren zur Anregung einer periodischen Schwingung der Schabereinrichtung oder Teilen davon handelt. Es können beispielsweise Aktuatoren vorgesehen sein, die den Schaberbalken oder die Schaberklinge zur Schwingungen anregen. Eine solche Anregung sollte vorteilhafterweise synchron zur Walzenschwingung erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Kalandervorrichtung zumindest einen Kraftsensor. Mittels dieses Kraftsensors kann vorteilhafterweise die Anpresskraft der Schaberklinge an die Walzenoberfläche, und insbesondere die Normalkomponente dieser Anpresskraft bestimmt werden.
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Zumindest ein Kraftsensor kann vorteilhafterweise in oder an der Schaberklinge vorgesehen sein. Hierzu ist beispielsweise ein Dehnmessstreifen geeignet. Eine weitere Vorrichtung, die als Kraftsensor geeignet ist, ist zum Beispiel ein Wegsensor am Drehpunkt der Schaberklinge.
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Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kalandervorrichtung Mittel zur Bestimmung der Drehzahl zumindest einer Walze, insbesondere zumindest der ersten Walze umfasst. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die aktuelle Drehzahl der Walze sehr exakt bestimmt werden kann.
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Die Kenntnis der Drehzahl der Walze kann, ebenso wie die Kraftmessung der Schaberklinge beispielsweise im Rahmen einer Regelung der Justiermittel verwendet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Justiermittel Mittel umfassen, die geeignet sind, die Position der Kontaktlinie am Umfang der ersten Walze während des laufenden Betriebs zu ändern wobei diese Änderung periodisch mit ständigem Kontakt der Schaberklinge zur Walzenoberfläche erfolgt. Bevorzugt soll die Schaberklinge während der Änderung der Position in ständigem Kontakt mit der Walzenoberfläche bleiben, da ansonsten keine ununterbrochene Walzenreinigung sichergestellt ist.
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Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch Die Verwendung einer Kalandervorrichtung zur Unterdrückung von Walzenverschleiß, insbesondere zur Unterdrückung von Barring. Dabei handelt es sich bei der Kalandervorrichtung um eine erfindungsgemäße Kalandervorrichtung, die nach deinem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Unterdrückung von Walzenverschleiß, insbesondere von Barring, an einer Kalandervorrichtung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kalandervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist, und mittels der Justiermittel die Position der Kontaktlinie auf dem Walzenumfang und/oder die Anpresskraft der Schaberklinge auf die erste Walze im laufenden Betrieb der Kalandervorrichtung kontinuierlich verändert wird. Durch beide Maßnahmen, also der kontinuierlichen Änderung der Anpresskraft und der Änderung der Position der Kontaktlinie oder auch durch die Kombination von beiden kann die periodische Schwankung der Normalkraft an der Schaberspitze unterdrückt werden. Mittels dieses aktiven Steuerung oder Regelung des Schabers ist das Verfahren in der Lage, die Ursache für das Entstehen von Barring zu eliminieren, oder zumindest deutlich zu mildern.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die kontinuierliche Veränderung periodisch.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Anpresskraft der Schaberklinge auf die erste Walze dadurch geändert, dass die Schabereinrichtung oder Teile davon, insbesondere der Schaberbalken und/oder die Schaberklinge mittels Schwingungsaktuatoren zu einer periodischen Bewegung angeregt werden.
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Speziell kann es vorteilhaft sein, wenn die Schabereinrichtung oder Teile davon, insbesondere der Schaberbalken und/oder die Schaberklinge derart zu periodischen Bewegungen bzw. Schwingungen angeregt werden, dass diese Bewegungen synchron zu den Bewegungen der ersten Walze erfolgt.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Anregung derart erfolgt, dass die Normalkraft mit der die Schaberklinge an der ersten Walze anliegt während des Betriebs konstant bleibt. Dieser Effekt kann beispielsweise über die oben beschriebene Anregung synchron zur Bewegung der ersten Walze erreicht werden.
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Auf diese Weise werden nicht nur die periodischen Schwankungen der Normalkraft eliminiert, sondern jegliche Schwankungen beseitigt. Dies sollte zu einem gleichmäßigeren Verschleiß sowohl des Schabers als auch der Walze führen. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Veränderung der Position der Kontaktlinie auf dem Walzenumfang und/oder der Anpresskraft der Schaberklinge auf die erste Walze im laufenden Betrieb der Kalandervorrichtung im Rahmen einer Regelung erfolgt. In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Anpresskraft der Schaberklinge an die erste Walze und/oder die Drehzahl zumindest einer Walze, insbesondere zumindest der ersten Walze bestimmt wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die aktuelle Drehzahl der Walze sehr exakt bestimmt werden kann. Diese Größe bzw. diese Größen können im Rahmen der oben erwähnten Regelung verwendet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Position der Kontaktlinie am Umfang der ersten Walze während des laufenden Betriebs kontinuierlich, insbesondere periodisch, geändert. Die Schaberklinge bleibt dabei bevorzugter Weise ständig in Kontakt zur Walzenoberfläche. Durch eine ständige Veränderung der Position des Schabers am Walzenumfang, also durch an Changieren des Schabers in Umfangsrichtung, ändert sich der Phasenwinkel zum Nip. Dadurch werden mehrere nah beieinander gelegene Vielfache z.B. 17 und 18 Wellen am Umfang gleichzeitig anwachsen, jedoch mit reduzierter Wachstumsgeschwindigkeit.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen, nicht maßstäblichen Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kalandervorrichtung.
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2a und 2b zeigen eine Detailvergrößerungen zu Varianten aus 1
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Die Kalandervorrichtung in 1 zeigt einen einzelnen Walzennip, der aus einer ersten Walze 1 und einer zweiten Walze 2 gebildet wird. Durch den Walzennip wird eine Faserstoffbahn 10 geführt. Die erste Walze 1 und/oder die zweite Walze 2 können dabei eine Walzenoberfläche aus einem Polymermaterial aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine der beiden Walzen 1, 2 oder auch beide Walzen 1, 2 eine Walzenoberfläche aus einem anderen Material, beispielsweise eine Metalloberfläche aufweisen.
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An der ersten Walze 1 ist eine Schabereinrichtung 3 vorgesehen. An einem Schaberbalken 4 ist über einen Halter 6 eine Schaberklinge 5 befestigt, die an der Walzenoberfläche der ersten Walze 1 anliegt, und dort eine Kontaktlinie bildet. Mittels geeigneter Justiermittel kann beispielsweise die Schabereinrichtung 3 oder auch nur die Schaberklinge 5 kontinuierlich während des Betriebs der Kalandervorrichtung bewegt werden, so dass sich die Position der Kontaktlinie auf der Walzenoberfläche ändert.
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In dem Detailausschnitt von 2a ist die Bewegung 7a dargestellt, die die Schaberklinge 5 und damit auch die Kontaktlinie auf der Walzenoberfläche in einer solchen Ausführung der Erfindung durchführt, bei der Justiermittel zur Änderung der Position der Kontaktlinie vorgesehen sind. Diese Bewegung kann vorteilhafterweise periodisch erfolgen. Die Schaberklinge 5 bleibt in der in 2 gezeigten Ausführung während der Bewegung stets in Kontakt mit der Walzenoberfläche. Die kann in anderen Erfindungsgemäßen Ausführungen des Kalandervorrichtung bzw. des Verfahrens jedoch auch anders realisiert sein.
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Im Detailausschnitt von 2b ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der am bzw. im Schaberbalken 4 ein Schwingungsaktuator 7 vorgesehen ist. Durch den Schwingungsaktuator wird die Schabereinrichtung 3 und insbesondere der Schaberbalken 5 und/oder die Schaberklinge 4 angeregt. Dadurch wird die Kraftkomponente in Normalenrichtung 7b, mit der die Schaberklinge 5 auf die Walzenoberfläche wirkt, konstant, bzw. weitgehend konstant gehalten.
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Die in den 2a und 2b dargestellten Justierungen bzw. Justiermittel können erfindungsgemäß entweder als einzelne Maßnahme oder auch in Kombination im Verfahren bzw. der Kalandervorrichtung vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise umfassen in den in 1, 2a und 2b dargestellten Beispielen die Schabereinrichtungen 3 oder auch die Walze Sensoren zu Messung der Anpresskraft der Schaberklinge 5 bzw. deren Normalkomponente. Ebenso sind Sensoren vorgesehen, mit denen die Drehzahl zumindest der ersten Walze 1 bestimmt werden kann. Diese Messwerte können im Rahmen einer Regelung der Justierung verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Selbsterregte Schwingungen von Papierkalandern“ (P. Hader, 2005) [0003]
- „Instabilities and wear propagation in calenders: interactions with structural dynamics and contact kinematics“ (Manuel Eckstein, 2014) [0003]
