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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konditionierung einer Walze insbesondere in einer bahnherstellenden, -verarbeitenden und/oder -veredelnden Maschine wie beispielsweise einer Papier-, Karton-, Tissue- oder Folienmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Beschaberung gemäß Oberbegriff von Anspruch 6.
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Bei bahnherstellenden, -verarbeitenden und/oder -veredelnden Maschinen sind eine Vielzahl von Walzen zum Stabilisieren, Leiten und Weitertransportieren der Stoffbahn sowie zur Führung die Bahn unterstützender Elemente wie Bespannungen vorgesehen. Bei der Herstellung und auch bei der Veredelung einer Faserstoff- oder Folienbahn kommt es immer wieder zu unerwünschter Anlagerung von Partikeln an den Walzen. Hierunter fallen beispielsweise Agglomerationen von Fasern und Zuschlagsstoffen aus der Stoffaufbereitung, klebende Verunreinigungen aus der Altpapieraufbereitung oder Strichrückstände beim Auftrag von Strichen auf der Faserstoffbahn. Die Agglomerationen werden je nach Herkunft als Pitch, Stickies und White Pitch bezeichnet. Im Folgenden wird vereinfachend von Störstoffansammlungen gesprochen, soweit nicht spezielle Problematiken der einzelnen Untergruppen angesprochen werden.
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Die Störstoffansammlungen führen im Laufe der Betriebszeit dazu, dass die Oberflächen der Walzen mehr und mehr verunreinigt werden, was durch verschiedene Mechanismen qualitätsmindernde Auswirkungen auf das jeweilige Endprodukt hat oder sogar zu Störungen bis hin zu Ausfällen der bahnverarbeitenden Maschine führen kann. Einerseits werden Oberflächenfunktionsstrukturen diverser Walzen wie beispielsweise Saug- und Blindbohrungen sowie Rillungen verlegt, welche somit ihrer Entwässerungsfunktion nicht mehr nachkommen können und zu erhöhter Restfeuchte und Fleckigkeit der Stoffbahn führen können. Auch in der Trockengruppe kann Fleckigkeit auftreten, da bei starker Verschmutzung der Trockenzylinder eine ungleichmäßige Trocknung der Bahn erfolgt.
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Andererseits kann die Anlagerung von Störstoffansammlungen auf glatten Walzenoberflächen zu mechanischer Markierung der Stoffbahn führen, welche auch im Endprodukt sichtbar ist. Auch die Ablösung der angelagerten Störstoffe von der Walzenoberfläche und die Einbettung in die Stoffbahn können zu Problemen führen, indem sowohl die Qualität der Stoffbahn verschlechtert wird als auch durch Verschleppung in nachfolgende Aggregate wie Streichaggregate oder Kalander deren Funktion beeinträchtigt werden kann.
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Des Weiteren ist es bei starker Verschmutzung nicht mehr möglich, einen stabilen Prozess zu fahren, insbesondere, wenn die Verschmutzung ungleichmäßig verteilt ist. Es kann sogar durch eine Veränderung der Zugspannungen aufgrund veränderten Reibungsverhaltens zu Bahnabrissen der Stoffbahn kommen, was teure Maschinenstillstände und aufwändige Arbeiten nach sich zieht.
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Aufgrund der wohlbekannten und vielfältigen Problematik ist eine Reihe von Maßnahmen zur Vermeidung von Anlagerungen sowie zur Entfernung der Störstoffe von Walzenoberflächen aus dem Stand der Technik bekannt.
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Nachteilig an den aus dem genannten Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Maßnahmen ist dabei beispielsweise, dass die Beschaberung gewöhnlich dauerhaft erfolgt und somit einen hohen Energiebedarf durch Reibung nach sich zieht.
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Beispielsweise ist aus der
WO 02/20901 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Säubern und Warten von Walzen in einem Kalander bekannt. Das Verfahren sieht vor, die Bahnoberfläche zu überwachen und eine Verschmutzung der Oberfläche von Walzen durch einen Verschmutzungssensor zu detektieren und zu lokalisieren. Eine Reinigungsvorrichtung entfernt dann die Verunreinigungen. Dabei ist vorgesehen, dass eine Reinigungsflüssigkeit aufgesprüht wird.
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Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass durch die Reinigungsflüssigkeit ein Rewetting der Faserstoffbahn zu erwarten ist. Um eine vollständige Abfuhr von Flüssigkeit und entfernten Verschmutzungen zu gewährleisten, ist umfangreiches Equipment erforderlich, was die Reinigung aufwendig und ausrüstungsseitig teuer macht.
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Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur bedarfsgerechten Konditionierung, insbesondere Beschaberung von Walzen anzugeben, wobei die Beschaberung je nach Kontaminationszustand in einfacher und kostengünstiger Weise automatisch ausgelöst und wieder eingestellt wird, ohne eine Kontrolle durch Personal zu erfordern.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 jeweils in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
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Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass zumindest ein Teil einer Oberfläche der Walze so ausgestaltet ist, dass die Oberfläche mittels der zumindest einen Sensoreinheit erfassbar ist und dass der Verschmutzungsgrad durch einen Kontrast zwischen sauberen und verschmutzten Oberflächenanteilen und/oder eine Mustererkennung und/oder eine Bilderkennung mittels der Auswerteeinheit erkennbar und beurteilbar ist.
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Dadurch ist es möglich, den Beschaberungsbedarf automatisiert zu ermitteln und entsprechende Maßnahmen zur Reinigung der Walze einzuleiten, ohne dass hierfür Personal erforderlich ist. Zudem wird der Energiebedarf für die Konditionierungsmaßnahmen optimiert, da bei Erreichung eines Grenzwertes der Reinigung die Konditionierungsmaßnahmen zeitnah wieder eingestellt werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafterweise ist zur Konditionierung zumindest eine Schabereinheit vorgesehen, welche so im Bereich der Walze angeordnet ist, dass bei Detektion der Überschreitung eines Schwellenwertes der Verschmutzung die zumindest eine Schabereinheit durch die Auswerteeinheit ansteuerbar und in tribologischen Kontakt mit der Oberfläche der Walze bringbar ist. Schaber stellen die zuverlässigste und einfachste Maßnahme zur Säuberung von rotierenden Oberflächen dar und sind flüssigen Reinigungsmaßnahmen aufgrund einfacherer Handhabung und günstigerer Kosten überlegen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Oberfläche der Walze zumindest teilweise aus einem UV-fluoreszierenden Material oder einem Materialgemisch mit UV-fluoreszierenden Partikeln bestehen oder mit einer Beschichtung, die UV-fluoreszierendes Material oder eine Materialgemisch mit UV-fluoreszierenden Partikeln aufweist, versehen sein. Mittels einer UV-Lichtquelle, durch welche die Oberfläche mit UV-Licht beleuchtbar ist und unter Ausbildung der zumindest einen Sensoreinheit als Bildkamera, Zeilenkamera, UV-Kamera und/oder UV-Sensor sind so Kontaminierungen zuverlässig detektierbar, ohne die Funktionalität der Walze zu beeinträchtigen.
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Alternativ kann die Oberfläche der Walze wärmeeintragsfähig ausgestaltet sein und durch die zumindest eine Sensoreinheit der Verschmutzungsgrad anhand der Erfassung von wärmeren und kälteren Bereichen gemessen werden. Dies ist beispielsweise im Bereich der Trockengruppe einer Papiermaschine in einfacher Weise umsetzbar, da die Trockenzylinder sowieso beheizt werden müssen, um ihrer Funktion nachkommen zu können.
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Bevorzugt wird die zumindest eine Schabereinheit bei Überschreitung eines ersten Schwellenwertes der Verschmutzung in Kontakt mit der Oberfläche der Walze gebracht und bei Unterschreitung eines zweiten Schwellenwertes wieder abgeschwenkt. Besonders bevorzugt kann dabei der zweite Schwellenwert kleiner als der erste Schwellenwert sein. Im Optimalfall wird dadurch eine komplette Reinigung der Walzenoberfläche mit einem Kontaminationswert von ungefähr 0% erreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine stark schematisierte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung zur Beschaberung einer Walze; und
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2 eine stark schematisierte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung.
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In 1 ist in einer stark schematisierten Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Beschaberung einer Walze 2 in perspektivischer Ansicht dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst dabei im Wesentlichen zumindest eine Sensoreinheit 3, welche an geeigneter Stelle im Bereich der zu beschabernden Walze 2 angeordnet ist. Die zumindest eine Sensoreinheit 3 ist dabei bevorzugt ungefähr so lang wie die axiale Länge der Walze 2, kann jedoch auch kürzer sein, wenn die Sensoreinheit 3 eine entsprechende Geometrie aufweist. Sie sollte zumindest jedoch so ausgebildet sein, dass die Arbeitsbreite einer in 1 nicht weiter dargestellten Stoffbahn vollständig erfassbar ist.
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Die zumindest eine Sensoreinheit 3 kann einstückig ausgebildet oder aus einzelnen Sensorelementen zusammengesetzt sein. Letztere Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da die Sensoreinheit 3 durch Anstücken oder Entfernen von Sensorelementen flexibel an abweichende Walzenlängen anpassbar ist.
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Die zumindest eine Sensoreinheit 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über Kabel 4 mit einer Auswerteeinheit 5 verbunden, welche zur Aufzeichnung der durch die zumindest eine Sensoreinheit 3 erfassten Daten sowie zur Ansteuerung zumindest einer ebenfalls über Kabel 7 verbundenen Schabereinheit 6 ausgelegt ist. Auch kabellose Übertragungswege wie Funk- oder WLAN-Anbindung an die Auswerteeinheit 5 sind denkbar und ausführbar.
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Derartige Erfassungs- und Ansteuereinheiten sowie ihre Verbindungen mit Sensoren sind hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
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Auf der Oberfläche der zu beschabernden Walze 2 sind beispielhaft einige Störstoffansammlungen 8 dargestellt, welche auf der Oberfläche haften. Die Störstoffansammlungen 8 sind dabei gewöhnlich nicht so vereinzelt vorhanden, wie aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 dargestellt, sondern können die Oberfläche der Walze 2 bis zu 100% bedecken.
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Die Walze 2 wird, um der Sensoreinheit 3 die Aufnahme von Messwerten zu ermöglichen, mit einer Beschichtung versehen, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eingestrahltes Licht geeigneter Wellenlänge aktivierbar ist. Die Beschichtung kann beispielsweise Partikel enthalten, welche unter Einstrahlung von UV-Licht fluoreszieren. Die zumindest eine Sensoreinheit 3 und die Auswerteeinheit 5 sind dann entsprechend auf die visuelle Datenaufnahme der Fluoreszenz und deren Weiterverarbeitung auszulegen.
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Wird eine nicht verunreinigte Walze 2 mit UV-Licht bestrahlt, leuchtet sie über ihre gesamt beschichtete Oberfläche gleichmäßig zurück. Sind jedoch Verunreinigungen in Form von Störstoffansammlungen 8 vorhanden, werden diese Bereiche der Oberfläche der Walze 2 verdeckt und erscheinen somit dunkel. Die zumindest eine Sensoreinheit 3 kann die hierdurch entstehenden Kontrastunterschiede über einen oder mehrere Umläufe der Walze 2 aufnehmen, und in weiterer Folge kann sowohl ein Verschmutzungsgrad ermittelt als auch eine Kontaminationskarte der Oberfläche der Walze 2 erstellt werden. Ist ein bestimmter Schwellenwert, welcher beispielsweise ein Prozentanteil verdeckter Walzenoberfläche oder auch nur als Prozentanteil eines Bildausschnittes der Sensoreinheit 3 sein kann und frei wählbar ist, überschritten, leitet die Auswerteeinheit 5 das Anlegen der zumindest einen Schabereinheit 6 in tribologischen Kontakt an die Walze 2 und die Konditionierung der Oberfläche ein. Als weiteres Schwellenwertkriterium wäre auch eine bestimmte Größe der Kontaminationsansammlungen möglich, z.B. ein Durchmesser von mehr als 5mm.
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Während der Konditionierung misst die zumindest eine Sensoreinheit 3 weiter die Kontrastunterschiede, so dass das Unterschreiten eines weiteren, bevorzugt vom ersten verschiedenen Schwellenwertes durch die Säuberung ebenfalls erkannt und die zumindest eine Schabereinheit 6 wieder von der Walze 2 abgeschwenkt werden kann. Dadurch ist eine effiziente energiesparende Arbeitsweise der zumindest einen Schabereinheit 6 gewährleistet. Diese wird erst, wenn es nötig ist, angelegt, konditioniert so lange wie nötig die Oberfläche der Walze 2 und wird sofort wieder abgeschwenkt, wenn die Walze 2 hinreichend gesäubert ist. Unnötig lange Konditionierungszeiten werden somit vermieden.
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Wenn der zweite Schwellenwert, welcher den Grad der Sauberkeit der Walze 2 angibt, z.B. auf 0% Kontaminierung angesetzt wird, wird die Walze am ausgiebigsten konditioniert, um eine möglichst saubere Oberfläche zu erzielen. Ist es nicht notwendig, die Oberfläche vollständig zu reinigen, kann auch ein beliebiger anderer Schwellenwert gewählt werden, um beispielsweise nur ganz kurze Konditionierungszeiten mit möglichst geringem Energiebedarf zu fahren.
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Ferner ist denkbar, die aktive Oberflächenbeschichtung der Walze 2 auch in anderen Wellenlängenbereichen oder mit anderen Wirkmechanismen zu betreiben, beispielsweise mit einer Walzenheizung in Verbindung mit einer Wärmesensorik, die Temperaturunterschiede zwischen verschmutzten und nicht verschmutzten Bereichen auf der Oberfläche der Walze 2 aufnimmt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zeichnet sich zudem durch eine Reihe von weitergehenden Vorteilen aus, welche zur Effektivität der Produktion beitragen können. So ist es möglich, die durch die Auswerteeinheit 5 aufgenommenen Daten zur Online-Überwachung der Kontamination von einer oder mehreren Walzen 2 einer Sektion einer bahnverarbeitenden Maschine zu nutzen und daraus statistische Auswertemöglichkeiten über den zeitlichen und örtlichen Verlauf des Aufbaus von Verunreinigungen an Walzen 2 in bestimmten Positionen oder Sektionen einer bahnverarbeitenden Maschine zu erschließen. Dies erlaubt z.B. weiterhin die Erstellung von Prognosen über den Verunreinigungsaufbau, mögliche Auswirkungen auf den Bahnherstellungsprozess und eventuelle Gefährdungen in bestimmten Positionen oder unter bestimmten Betriebsbedingungen. In der Folge ist es möglich, gezielt gegenzusteuern und so eine hohe Qualität des Endproduktes bei vermindertem Risiko von Fehlfunktionen und Stillständen der Maschine zu gewährleisten.
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In 2 ist in ähnlicher Darstellung wie in 1 eine modifizierte Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung gezeigt.
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Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten, sehr vereinfachten Ausführungsbeispiel sind in 2 eine Beleuchtung mit einer LED-Lichtleiste 9 sowie mehrere Zeilenkameras 3’ vorgesehen, um zuverlässig und in günstiger Weise ein vollständiges Abbild der Walzenoberfläche aufnehmen zu können. Eine einzelne Sensoreinheit 3 kann beispielsweise nicht ausreichend sein, wenn die Länge der Walze 2 einen bestimmten Wert übersteigt. Zudem sind einzelne Zeilenkameras 3’, welche jeweils nur einen Bereich abdecken, kostengünstiger als eine lange Sensoreinheit 3. Walzenlängen von 10m und mehr sind in der Papierindustrie inzwischen keine Seltenheit mehr.
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Des Weiteren ist es denkbar und möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur Kontaminationen zu erkennen und die Beschaberung entsprechend zu steuern, sondern auch den Abnutzungsgrad von Walzenbezügen oder Beschichtungen zu erkennen. Für diesen Anwendungsfall wäre dann eine zusätzliche Möglichkeit der Anzeige vorzusehen, welche das Prozessleitsystem informiert, wenn eine Walze 2 eingelaufen oder zu stark abgenutzt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt. So kann beispielsweise mehr als eine Sensoreinheit 3 mit der Auswerteeinheit 5 verbunden sein, wobei die Sensoreinheiten 3 dann an verschiedenen Walzen 2 oder an der gleichen Walze 2 beispielsweise in einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet sein können. Es ist möglich, mehrere Sensoreinheiten 3 mit mehreren Auswerteeinheiten 5 und die letzteren untereinander zu koppeln, um eine großräumigere Überwachung zu erzielen. Die An- oder Einbindung der Auswerteeinheiten 5 in die Maschinensteuerung ist ebenfalls möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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