FI121392B - Menetelmä ja sovitelma värähtelyhäiriöiden vähentämiseksi päällystysasemalla - Google Patents

Description

Menetelmä ja sovitelma värähtelyhäiriöiden vähentämiseksi päällystysasemalla 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä päällystysaseman käyttöympäristössä esiintyvien värähtelyjen aiheuttamien häiriöiden haittojen vähentämiseksi tai estämiseksi

Keksinnön kohteena on myös sovitelma menetelmän toteuttami-10 seksi.

Paperin ja kartongin valmistuksessa päällystysasemilla levitetään pohjamateriaalin pinnalle päällystekerros. Eri tavoin toimivia päällystyslaitteita on useita ja niillä on 15 omat vahvat piirteensä ja rajoituksensa, joiden mukaan eri käyttötarkoituksiin valitaan mahdollisimman hyvin sopiva käsittelymenetelmä. Käsittelymenetelmät jakaantuvat karkeasti pintaliimaukseen ja päällystämiseen. Pintaliimauksessa pohjamateriaalin lujuutta lisätään imeyttämällä siihen 20 tärkkelyspitoista liimaa, joka voidaan vain imeyttää paperin tai kartongin pintaan tai myös puristaa materiaalin kuitumatriisin sisään. Pintaliimauksessa ei käytetä yleensä tasoitusta eli kaavintaa levityksen jälkeen. Päällystämisessä taas on tarkoituksena muodostaa pohjamateriaalin 25 peittävä pintakerros, jolla parannetaan pinnan ominaisuuksia, erityisesti painettavuutta. Päällysteseoksista voidaan mainita kiintoaineita sisältävät pigmenttipäällysteet ja erilaiset polymeeriseokset, esimerkiksi muovit. Kun halutaan tasainen päällysteen pinta, levitetty päällysteseos 30 kaavitaan tasaiseksi ja sen paksuus vakioidaan teräkaapi-mella tai sauvakaapimella.

Koska pohjamateriaalin pinnalle jäävän kerroksen paksuus on pieni ja sen täytyy olla mahdollisimman tasapaksu rainan 2 kaikissa kohdissa, on tärkeää, että kaapimen kaavinreunan etäisyys vastatelan tukemasta pöhjarainasta pysyy tarkoin asetetussa kohdassa. Koska nykyaikaiset päällystyskoneet voivat olla varsin leveitä, kaavinterän tai -sauvan aseman 5 hallinta on haastavaa. Yksi mahdollinen virhelähde on pääl-lystysaseman perustusten kautta päällystimeen johtuva värähtely. Tehdassalissa on monia herätekohteita, koska nykyaikaisessa paperi- ja kartonkikoneessa on suuri määrä pyöriviä suurimassaisia teloja muun muassa paperikoneen kui-10 vainosalla ja kalantereissa. Tuotantonopeudet ovat myös suuria, mikä johtaa herätteiden taajuuden kasvuun, mistä syystä ne aikaisempaa useammin osuvat eri laitteiden ominaistaajuudelle aikaansaaden resonansseja, jotka esimerkiksi kaavinten teräpalkeissa aiheuttavat siirtymiä terän ja 15 vastatelan välisessä etäisyydessä, mikä johtaa päällysteen epätasaisuuteen.

Ensimmäinen ratkaisu värähtelyiden aiheuttamien ongelmien vähentämiseksi on tietenkin herätteitä aiheuttavien osien 20 tarkka tasapainotus ja resonanssitaajuuksien välttäminen

ajossa. Päällystysasemien läheisyydessä värähtelyiden vaikutuksia voidaan vähentää valitsemalla lähellä olevien vä-rähtelylähteiden telojen halkaisijat niin, että niiden pyö-rimistaajuudet eivät osu päällystysaseman haitalliselle 25 ominaistaajuudelle. Värähtelyiden siirtyvyyttä voidaan myös ehkäistä katkaisemalla konepalkki sopivasta kohtaa. Myös erilaisten aktiivisten ja passiivisten vaimentimien käyttäminen joko värähtelyjen etenemisen estämiseen tai värähtelyjen aktiiviseen vaimentamiseen sekä ominaistaajuuksien 30 muuttamiseen on lisääntynyt ajonopeuksien ja koneleveyksien kasvaessa ja tuotannon laatuvaatimusten noustessa. Nämä toimenpiteet kohdistuvat värähtelylähteinä toimiviin koneisiin ja laitteisiin. Erilaisia vaimenninratkaisuja on kuvattu julkaisuissa W0 2006/084955, DE 40 06 744, US

3 2004/0212132 ja US 2004/0261333.

Vaimenninratkaisut lisäävät aina koneen hintaa ja tarkka tasapainotus, suuremman telahalkaisijan käyttö sekä kone-5 palkin katkaisu aiheuttavat kustannuksia, joita halutaan välttää.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja sovitelma, jonka avulla värähtelyhäiriöitä voidaan vähentää 10 päällystysasemilla.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja sovitelma, jonka perusteella päällystysasema voidaan suunnitella vapaammin värähtelyhäiriöiden vähenemisen ansi-15 osta.

Keksintö perustuu siihen, että ulkoisen värähtelyherätteen etenemistie ainakin päällystysaseman kaavinelimelle katkaistaan jousivakioltaan sellaisilla eriste-elimillä, joi-20 den jousivakio on niin alhainen, että eristetyn osan ja eristeen muodostaman järjestelmän ominaistaajuus laskee he-rätetaajuuden alapuolelle.

Yhden keksinnön suoritusmuodon mukaan päällystysasema eris-25 tetään eriste-elimillä perustuksestaan.

Yhden suoritusmuodon mukaan teräpalkki eristetään eriste-elimillä päällystysasemasta.

30 Edelleen yhden suoritusmuodon mukaan eriste-elinten jousivakio määritetään siten, että herätetaajuus ja ominaistaajuus toteuttavat epäyhtälön j~^ h Vz */„.

Yhden suoritusmuodon mukaan eriste-elementit ovat kumia.

4

Yhden suoritusmuodon mukaan eriste-elementit ovat jousia, esimerkiksi metalli-, neste- tai kaasujousia.

Eriste-elementit voivat olla jousivakioltaan säädettävissä. 5 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle ja sovitelmalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

10 Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on määritelty täsmällisemmin epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

15 Keksinnön avulla päällystysasemien suunnittelu on aiempaa vapaampaa kun värähtelyongelmaa ei tarvitse ottaa ainakaan samassa määrin huomioon kuin aikaisemmissa ratkaisuissa. Ralleilta ratkaisuilta, kuten konepalkin katkaisulta tai ylisuurten telojen käyttämiseltä vältytään. Eristerakenne 20 on varsin yksinkertainen, koska se perustuu vain eristeen jousivakioon. Varsinaisia aktiivisesti vaimentavia vaimen-ninelementtejä kuten hydraulisia vaimentimia tai dynaamisia vaimentimia ei tarvita eikä päällystysaseman massaa tarvitse lisätä värähtelysysteemin ominaistaajuuden muuttamisek-25 si. Keksinnön toteuttamiseen voidaan käyttää periaatteessa mitä tahansa koneenrakennuksessa tunnettuja jousielementte-jä, joilla on joko vakiosuuruinen ja muuttuva jousivakio. Muuttuvajousivakioisia jousielementtejä ei ole laajalti käytössä, mutta ne voivat perustua ja perustuvat muun muas-30 sa magneettikentän muutoksiin tai ei-newtonilaisten nesteiden ominaisuuksiin. Koska päällystysasemalla ei itsessään synny häiritseviä herätteitä, päällystysaseman toiminta saadaan hyvin stabiiliksi kun ulkoiset herätteet eristetään. Päällystysaseman ajettavuus ja sen tekemä laatu para- 5 nevat ja kaavinelinten ja vastaavien ohjaaminen on helpompaa. Keksintö soveltuu kaikentyyppisten päällystysasemien yhteydessä käytettäväksi, mutta suurin hyöty saavutettaneen verhopäällystimillä, joissa kaikki liike verhossa on hai-5 tallista. Seuraavaksi herkimpiä ovat päällystimet, joissa käytetään kosketuksellista päällysteen annostelua ja tasoitusta, erityisesti teräpäällystys.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisen piirus-10 tuksen avulla, joka esittää yhtä keksinnön mukaista sovi-telmaa kaaviollisesti sivulta.

Teräpäällystyksellä tarkoitetaan paperin ja kartongin valmistuksessa päällystysmenetelmiä, joissa päällystekerros 15 tasoitetaan päällysteen levittämisen jälkeen kuiturainan pintaan. Näitä ovat esimerkiksi lyhytviipymäpäällystys, suutinapplikoinnin ja kaavinterän yhdistelmä, erilaiset te-la-applikointimenetelmät yhdistettyinä seuraavaan kaavintaan ja tasoitukseen ja vaikka spray- tai verhoapplikointi, 20 jota seuraa kaavinta. Kosketuksettomalla päällystyksellä tarkoitetaan menetelmiä, joissa päällysteaine levitetään vaikka verhona, suihkuna tai pölynä kuiturainan pintaan tukematta levitettävän aineen virtausta mekaanisesti sen virratessa applikointilaitteelta rainalle.

25

Kuvion 1 teräpäällystysasema voidaan sijoittaa konehallin lattiatasoon tai erilliseen valmistuslinjan runkoon. Kiinnitys tapahtuu konepalkkiin. Tämän teräpäällystysasema käsittää rungon 1, johon on laakeroitu vastatela 2 ja vasta-30 telaa 2 vasten toimivat suutinapplikointilaite 3 ja terä-palkin 4 kautta runkoon 1 siirrettävästi kiinnitetty kaa-vinterä 5. Teräpalkin 4 asentoa ja kaavinterän 5 sijaintia voidaan muuttaa teräpalkin 4 asentoa säätölaitteilla 6 muuttamalla. Päällystettävä raina pohjapaperia tai - 6 kartonkia tai muuta kasvikuitumateriaalia tuodaan teräpääl-lystysasemalle, jossa raina kiertää vastatelan 2 kautta. Rainan kulkusuunnassa ensimmäisenä on suutinapplikointilai-te 3 ja raina kulkee vastatelan 2 ja suutinapplikointilait-5 teen 3 välistä. Suutinapplikointilaitteella 3 levitetään rainalle päällystekerros. Seuraavaksi raina kulkee vastatelan 2 pinnalla eteenpäin kaavinterälle 5, jolla tasoitetaan päällysteen pinta.

10 Päällysteen pinnan laadun kannalta on ensiarvoisen tärkeää, että kaavinterän 5 paine päällystekerrosta ja materiaali-rainaa vasten pysyy prosessin kannalta asetetussa arvossa. Ympäristöstä tulee kuitenkin tehdasympäristössä helposti jaksollisia herätteitä, jotka päällystysasemalla voivat 15 johtaa teräpalkin 4 värähtelyihin ja aiheuttaa siten kaavinterän siirtymiä, jotka näkyvät vastaavina muutoksina päällysteessä. Värähtelyt vaikuttavat myös applikointilait-teisiin ja filminsiirtopäällystimissä telanippiin sekä vastaavasti myös kosketuksettomien päällystinten osiin. Taval-20 lisesti päällystysaseman ominaisjäykkyys on huomattavasti alhaisempi kuin konepalkin, jolle se on asennettu. Tämä johtaa siihen, että pienikin siirtymä konepalkissa johtaa suureen siirtymään päällystysaseman rakenteissa. Konepalkin siirtymän suhdetta johonkin toisen siirtymään, esimerkiksi 25 kaavinterän siirtymään, kutsutaan värähtelyn siirtyvyydek-si. Jäykän konepalkin ja päällystysaseman välillä siirty-vyys voi olla jopa yli 10. Käytännön päällystysasemilla on havaittu, että konepalkin 0,2 mm siirtymä voi vastata jopa 2,5 mm siirtymää kaavinterällä. Tällöin siirtyvyydeksi saa-30 daan 12. Koska esimerkiksi kalantereilta tulee voimakkaita herätteitä eikä konepalkki juurikaan vaimenna värähtelyjä, ulkoiset värähtelyt siirtyvät suuren siirtyvyyden takia helposti päällystysasemalle aiheuttaen vaikeuksia päällysteen laadun hallinnassa. Koska kalanterit tavallisesti si- 7 jaitsevat lähellä päällystysasemia, niiden aiheuttamat herätteet ovat usein merkittäviä.

Paperitehdasympäristössä herätteet tulevat useista lähteis-5 tä. Esimerkiksi nopeilta monitelakalantereilta lähtevät herätteet ovat usein taajuudeltaan luokkaa 3-13 Hz, riippuen kalanterin telahalkaisijöistä ja ajonopeudesta. Koska toisaalta nykyaikaisen teräpalkin ominaistaajuudet asettuvat alueelle 10 - 20 Hz, resonanssivaara on ilmeinen. Suu-10 rimmat herätelähteet päällystysasemilla ovat kuivatusryhmi-en viiranjohtotelat ja paperinjohtotelat. Nämä telat ovat usein pienihalkaisijäisiä, jolloin ne muodostava suuren häiritsevän herätetaajuuskaistan. Teloja voi olla myös paljon eri kokoisia, jolloin herätetaajuuksien määrä edelleen 15 kasvaa. Keksinnön ajatuksena on saada päällystysaseman tai sen osan ominaistaajuus eristämällä koko päällystysasema tai sen osa värähtelylähteestä sellaisella eristemateriaalilla, jonka jousivakio on niin pieni, että eristeen ja eristetyn osan ominaistaajuus saadaan alhaisemmaksi kuin 20 herätetaajuus. Tavoiteltava ominaistaajuus määräytyy ympäristön herätteiden mukaan.

Järjestelmän ominaistaajuus viritetään sopivalle alueelle eristemateriaalin jousivakion avulla. Kuviossa eriste-25 elimet 7 on sovitettu päällystysaseman alle, jolloin koko päällystysasema on eristetty ja viritettävä ominaistaajuus on eriste-elimien ja päällystysaseman ominaistaajuus. Tämä voidaan määrittää kahdella tavalla, joko kokemusperäisellä raja-arvolla tai laskennallisesti. Kokemusperäinen raja-30 arvo perustuu ennalta olevaan tietoon oletettavien herätteiden taajuuksista. Sovittamalla eristetyn järjestelmän ominaistaajuus alueelle 1-5 Hz, saadaan värähtelyiden siirtyminen estettyä useimmissa tapauksissa. Kuitenkin, koska esimerkiksi monitelakalantereilta voi tulla matala- 8 taajuisimpiakin herätteitä, voi olla tarpeen rajoittaa ominaistaajuus joko alueelle 1-4 Hz, tai jopa 1-3 Hz, jolloin herätteiden siirtyminen estyy jo varsin suurella varmuudella. Toinen tapa on laskennallinen, eli siinä määrite-5 tään haitalliset herätetaajuudet ja järjestelmän ominaistaajuus määritetään herätetaajuutta alhaisemmaksi. Sopiva ominaistaajuus voidaan määrittää kaavalla /Ä>V2*/0, jossa fo on eristetyn järjestelmän ominaistaajuus ja fh heräte-taajuus. Tämä antaa riittävän eron herätetaajuudelle ja 10 ominaistaajuudelle, jotta resonanssia ei synny.

Päällystysasemat suunnitellaan siten, että niiden rungon jäykkyys muodostuu osaltaan jäykästä kiinnityksestä kone-palkkiin. Kun käytetään keksinnön mukaista eristettä, kiin-15 nitys ei voi olla jäykkä. Niinpä keksintöä sovellettaessa päällystysaseman rungosta 1 on tehtävä itsekantava. Jos vain osa rakenteesta, esimerkiksi teräpalkki 4, eristetään, rakenteellista jäykkyyttä ei menetetä muualla.

20 Edellä kuvatussa esimerkissä päällystysasema on eristetty vain alapuolelta. Mikäli herätteitä esiintyy sellaisissa suunnissa, että tarvitaan tukea myös jommalla kummalla sivulla, eristeet mitoitetaan samalla tavalla kuin edellä on kerrottu. Eriste-elimiä voi olla useita tai voidaan käyttää 25 yhtä yhtenäistä eriste-elementtiä. Eristemateriaalina synteettinen tai luonnonkumi soveltuu hyvin keksinnön toteuttamisen ja eriste-elementit on helppo valmistaa näistä materiaaleista, mutta jousien, ilmajousien ja erilaisten synteettisten polymeerimateriaalien käyttäminen on täysin mah-30 dollista. Eristemateriaalin sisäisellä vaimennuksella ei juuri ole merkitystä, koska keksintö perustuu eristetyn rakenteen ominaistaajuuden virittämiseen oikeaksi ainakin yhteen haitalliseen herätetaajuuteen nähden.

9

Koska herätetaajuudet muuttuvat ajonopeuden muuttuessa ja koneen rakennetta päivitettäessä tai muutettaessa, eriste-elinten jousivakion on edullista olla säädettävissä. Tämä voidaan toteuttaa puristamalla jousielementtiä kokoon muut-5 tamalla esijännitystä tai kaasujousilla muuttamalla jousen painetta. On myös olemassa magneettikentän muutoksiin perustuvia jousielementtejä.

Erilaisten jousien yhdistelmiä voidaan käyttää eriste-10 elementtien muodostamiseen, jolloin ainakin yksi jousi eroaa ainakin yhdessä eriste-elementissä muista. Esimerkiksi yksi jousista voi olla jousivakioltaan säädettävä ja muut eri tyyppisiä tai yksi jousista kumia ja muut metallisia.

Claims (11)

1. Menetelmä päällystysaseman käyttöympäristössä esiintyvien värähtelyjen aiheuttamien häiriöiden haittojen vähentä- 5 miseksi tai estämiseksi, jossa menetelmässä määritetään ensin ainakin yksi ympäristön herätetaajuus, tunnettu siitä, että ulkoisen värähtelyherätteen etenemistie ainakin päällystysaseman kaavinelimelle (5) katkaistaan jousivakioltaan sellaisilla eriste-elimillä (7), joiden jousivakio on niin 10 alhainen, että eristetyn osan (1 - 5) ja eristeen (7) muodostaman järjestelmän ominaistaajuus on alhaisempi kuin ainakin yksi ympäristössä esiintyvä herätetaajuus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii-15 tä, että päällystysasema eristetään eriste-elimillä (7) perustuksestaan .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että teräpalkki (4) eristetään eriste-elimillä päällys- 20 tysasemasta.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eriste-elinten (7) jousivakio määritetään siten, että herätetaajuus ja ominaistaajuus to- 25 teuttavat epäyhtälön fh>-j2*f0. 1 2 3 4 Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eriste-elementit (7) on valmistettu kumista. 30 2 Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, 3 tunnettu siitä, että eriste-elementit (7) valitaan joukosta 4 mekaaninen jousi, hydraulinen jousi ja kaasujousi.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi eriste-elementeistä käsittää ainakin yhden jousivakioltaan säädet- 5 tävän elementin.

8. Sovitelma päällystysaseman käyttöympäristössä esiintyvien värähtelyjen aiheuttamien häiriöiden haittojen vähentämiseksi tai estämiseksi, joka sovitelma käsittää 10 - päällystysaseman, joka käsittää ainakin rungon (1), elimet (2) päällystettävän rainan ohjaamiseksi pääl-lystysasemalla ja elimet (3) päällysteen levittämiseksi ainakin yhdelle rainan pinnalle, ja 15 - perustuksen, jolle päällystysasema on sijoitettu, tunnettu 20. eriste-elimistä (7) ulkoisen värähtelyherätteen etenemis tien katkaisemiseksi ainakin päällystysaseman kaavinelimel-le (5), joiden jousivakio on niin alhainen, että eristetyn osan (1 - 5) ja eristeen (7) muodostaman järjestelmän ominaistaajuus on alhaisempi kuin ainakin yksi ympäristössä 25 esiintyvä herätetaajuus. 1 2 Patenttivaatimuksen 8 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että päällystysasema on eristetty eriste-elimillä (7) perustuksestaan. 30 2 Patenttivaatimuksen 8 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että päällystysasema käsittää teräpalkin (4), joka on eristetty eriste-elimillä päällystysasemasta.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 8-10 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että eriste-elinten (7) jousivakio määritetään siten, että herätetaajuus ja ominaistaajuus toteuttavat epäyhtälön /Ä>V2*/0. 5

12. Jonkin patenttivaatimuksista 8-11 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että eriste-elementit (7) on valmistettu kumista.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 8-11 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että eriste-elementit (7) valitaan joukosta mekaaninen jousi, hydraulinen jousi ja kaasujousi.

14. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 8-13 mukai-15 nen sovitelma, tunnettu siitä, että ainakin yksi eriste- elementeistä käsittää ainakin yhden jousivakioltaan säädettävän elementin.