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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff von
Anspruch 1, um Schwingungen von Rakelbalken zu steuern, die bei
der Beschichtung von Papier- und Kartonagebahnen benutzt werden.
Solche Rakelbalken halten eine Rakel oder Rakelklinge, die eine
auf die Oberfläche
einer sich bewegenden Bahn aufgebrachte Beschichtungsmixtur glättet.
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Die
Erfindung betrifft auch eine für
die Anwendung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Die
Qualitäten
von Papier- oder Kartonagebahnen für ihre Bedruckung können durch
verschiedene Arten von Beschichtungen verbessert werden. Generell
wird die Beschichtungsmixtur durch eine geeignete Auftragungstechnik
auf die Bahn gebracht, wonach die aufgebrachte Beschichtungsmixtur
durch eine Rakel oder eine Rakelklinge an das endgültige Beschichtungsgewicht
angepasst und gerakelt wird. Bis zu einem gewissen Grad kann das
Rakeln z.B. bei der Kartonherstellung durch die Benutzung eines Luftmessers
vorgenommen werden, wobei der begrenzte Glättungseffekt eines Luftmessers
seine Benutzung bei den gegenwärtigen
Laufgeschwindigkeiten in den meisten Fällen ausschließt.
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Insofern
als die Beschichtungsschicht ziemlich dünn ist und andererseits sehr
glatt gemacht werden muss, um beste Eigenschaften für die Bedruckung
mit einer Druckvorlage auf der Oberfläche der Papierbahn zu bieten,
muss der Abstand zwischen Rakel und bewegter Bahn hinreichend genau
auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Zu diesem Zweck wird
die Position der Rakel und die Qualität der Beschichtungsmixschicht,
die auf der Bahnoberfläche
haftet, online durch verschiedene Arten von Messapparaturen überwacht.
Um ein optimales Endergebnis zu erreichen, kann basierend auf diesen
Messresultaten die Position der Rakel angepasst werden. Obwohl heutzutage
die Position der Rakel durch eine Vielfalt von verschiedenen Techniken leicht
gesteuert werden kann, kann das beständige Anwachsen der Papierbahngeschwindigkeit
und insbesondere der Maschinenbreite Probleme bei der -Regulierung
von Schwingungen des Rakelbalkens verursachen. Wenn es dem Rakelbalken
möglich
ist, insbesondere mit einer seiner Eigenfrequenzen zu schwingen,
wird die Beschichtung uneben. Daher besteht Steuerungsbedarf betreffend
den Beginn von Schwingungen, um zu verhindern, dass der Rakelbalken
bei seiner Eigenfrequenz mit einer ansteigenden Amplitude zu schwingen
beginnt. Prinzipiell kann die Eigenschwingung des Rakelbalkens durch
zusätzliche
Gewichte reguliert und gedämpft
werden, die in der Mitte des Balkens platziert sind. Um eine effektive
Dämpfung
zu erreichen, müssen
die Gewichte jedoch sehr schwer sein. Das ist jedoch wegen des begrenzten
Platzes um den Balken herum nicht möglich. Darüber hinaus vergrößert ein
in der Mitte des Balkens angebrachtes schweres Gewicht das Durchhängen des
Balkens, und es wird daher notwendig, den Balken stabiler zu machen
oder die Auslenkung des Rakelbalkens stärker zu kompensieren. Diese Einschränkungen
verkomplizieren die Dimensionierung des Rakelbalkens und schränken in
gewissem Umfang die maximal mögliche
Maschinenbreite für den
Rakelbalken ein.
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Heutzutage
benutzte Rakelbalken werden an ihren Enden durch Drehgelenkverbindungen
am Rahmen der Beschichtungsstation und in ihrer Mitte am Keuzungsrohr
von Rakel und Beschichtungsstation unterstützt. Diese Art der Konstruktion
hat mehrere Eigenfrequenzen, von denen die niedrigste Eigenfrequenz
in Richtung des Papierlaufes für
das Resultat des Beschichtungsprozesses extrem schädlich ist,
weil sie den drastischsten Effekt auf die relative Position zwischen
der Rakel und der Bahn hat. Die Schwingungen des Rakelbalkens werden
durch zyklische Laufzeitanregungen hervorgerufen, die dem Balken
während
des Beschichtungsprozesses aufgezwungen werden. Die Hauptquelle
für Anregungen
stellen die rotierenden Walzen dar, wenn ihre Rotationsgeschwindigkeit
mit der niedrigsten Eigenfrequenz des Rakelbalkens in Richtung des
Bahnlaufes übereinstimmt.
Bei der Übereinstimmung
der Rotationsgeschwindigkeit der Walze mit der Eigenschwingung des
Rakelbalkens fängt
der Balken mit wachsender Amplitude an zu oszillieren, was möglicherweise
große
Variationen des Beschichtungsgewichtes auf der Oberfläche der
Papier- oder Pappbahn verursacht. Während das Auftauchen von derartigen Anregungen
durch eine Änderung
der Laufgeschwindigkeit der Papiermaschine vermieden werden kann, ist
das im Allgemeinen nicht wünschenswert,
weil das Ziel darin besteht, die Maschine mit ihrer maximal möglichen
Geschwindigkeit zu betreiben, die eine optimale oder wenigstens
akzeptable Qualität
der Bahnbeschichtung ergibt. Daher ist es wünschenswert, die Schwingungen
des Rakelbalkens regulieren zu können,
um mögliche
Resonanzschwingungen des Rakelbalkens zu unterdrücken.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, welches die Eigenfrequenz des Rakelbalkens in einfacher
Weise neben die Erregerfrequenz schieben kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Halterung des
Rakelbalkens darin geändert
wird, dass wenigstens ein Bauteil mit regulierbarer Steifheit aufgenommen
ist.
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Dazu
kann der Rakelbalken z.B. mit wenigstens einer geeigneten Halterung
ausgestattet sein, die den Rakelbalken durch die Verbindung mit
einer anderen Struktur versteift. Vorteilhafterweise beträgt die Anzahl
der Halterungen zwei und diese sind nahe an den Enden des Rakelbalkens
in unmittelbarer Nähe
seiner Drehgelenke angebracht.
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Genauer
wird das erfindungsgemäße Verfahren
durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 charakterisiert.
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Weiterhin
wird die erfindungsgemäße Anordnung
durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 5 charakterisiert.
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Die
Erfindung bietet erhebliche Vorteile.
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Das
Verfahren kann einfach bei vorhandenen Rakelbalken angewendet werden,
z.B. indem die Balkenenden mit feststellbaren Gelenken ergänzt werden,
die als Gleitgelenke ausgeführt
sind. In der Regel kann genügend
Platz zur Installation solcher Bauteile in unmittelbarer Nähe des Rakelbalkens
gefunden werden. Wenn die Halterungsbauteile mit regulierbarer Steifheit
bereits in der Konstruktionsphase an die Balkenhalterung angepasst werden,
kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Halterungsanordnungen ins
Auge gefasst werden. Wenn die Steifheit der Halterungsvorrichtung
des Rakelbalkens geändert
wird, ändert
sich auch gleichzeitig die Eigenschwingung des Balkens, wodurch
die Möglichkeit eröffnet wird,
die Eigenfrequenz des Balkens mittels Erhöhung bzw.
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Erniedrigung
der Steifheit des Balkenhalterungssystems von der Frequenz der zyklischen
Erregerkraft weg zu schieben. In der einfachsten Ausführung der
Erfindung umfasst die Halterungsvorrichtung ein steuerbares Gelenk,
das entsprechend den Anforderungen arretiert oder gelöst werden
kann. Sobald ein Einsetzen einer Schwingung mit ansteigender Amplitude
festgestellt wird, wird der bzw. werden die Halter arretiert, wodurch
sich die Eigenschwingung des Rakelbalkens ändert und der Balken nicht
ganz in Resonanz gerät
oder die Resonanz zumindest erheblich gedämpft wird. In entsprechender Weise
kann die Arretierung gelöst
werden, wenn die Erregerfrequenz die Eigenfrequenz des arretierten Rakelbalkens
erreicht, wobei die Eigenschwingung des gehaltenen Balkensystems
wiederum aus dem Bereich der bevorstehenden Resonanz geschoben wird.
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Es
kann weiterhin ins Auge gefasst werden, eine steuerbare Arretierungskraft
zu verwenden, wodurch der Steuerumfang der Eigenschwingung eine größere Bandbreite
bekommt. Eine einstellbare Arretierungskraft der Halterung kann
z.B. durch Verwendung hydraulischer oder pneumatischer Mittel implementiert
sein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung genauer mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen
betrachtet, wobei
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und
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2 ein
Haltebauteil, welches für
den erfindungsgemäßen Einsatz
geeignet ist, zeigen.
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1 zeigt
schematisch die grundsätzliche Konstruktion
einer Haltevorrichtung für
einen Rakelbalken 1. Die Enden des Rakelbalkens 1 ruhen
auf Lagerblöcken 2, über die
der Balken drehbar am Rahmen der Beschichtungsmaschine gehalten
ist. Eine Rakel 18 ist zwischen den Haltedrehpunkten angebracht.
Da sich der Rakelbalken 1 sowohl unter der auf ihn aufgebrachten
Last als auch unter seinem eigenen Gewicht biegen kann, sind die Lagerblöcke 2 als
Drehgelenke ausgeführt,
so dass der Drehpunkt und damit auch das Ende von Balken 1 in
einer Ebene senkrecht zur Längsachse
des Balkens rotieren kann. Entsprechend der Anwendung der Regeln
für statische
Konstruktionen ist der Balken 1 mit Haltedrehgelenken an
seinen beiden Enden ausgestattet. Am Mittelpunkt von Balken 1 ist
eine Schraubenspindel 3 angebracht, die den Balken an zentraler
Stelle unterstützt
und es dem Balken ermöglicht,
entsprechend des gewünschten
Rakelklingenwinkels und entsprechend den Änderungen der Rakellast zu
rotieren. Die Schraubenspindel ist an einem Rahmenbalken 17 montiert.
Im Ergebnis ist der Rakelbalken 1 hauptsächlich an
seinen Enden drehbar unterstützt,
während
die am Mittelpunkt des Balkens angebrachte Halterung nur im Stande
ist, vertikale Belastungen in einer Ebene zu übernehmen, die im wesentlichen
parallel zur Längschse
des Balkens verläuft.
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In
der hier besprochenen exemplarischen Ausführungsform ist der Rakelbalken 1 an
seinen beiden Enden mit Hilfe arretierbarer Haltemittel 4, 5 gehalten.
Die Eigenschwingung des Rakelbalkens kann mit Hilfe dieser Haltemittel
reguliert werden. Jedes der Haltemittel umfasst ein Gleitgestänge 19,
ein Drehgelenk 15, welches ein Ende des Gleitgestänges 19 mit
dem Rakelbalken 1 verbindet, und eine feststellbare Gleitbuchse 16,
die drehbar mit dem Rahmenbalken 17 verbunden ist. Wenn
das arretierbare Haltemittel, wie beispielsweise das Gleitgelenk 4, 6 in
seinen nicht arretierten Zustand gesteuert wird, kann sich der Rakelbalken
ungehindert bewegen, wobei das Gleitgestänge 19 frei in der
Buchse 16 gleitet, insofern als das Drehgelenk 15 des
Stangenendes und die Verbindung der Gleitbuchse frei rotierbar sind.
Das Gleitgestänge 19 kann
in der Buchse 16 auf verschiedene Weisen arretiert sein,
z.B. durch die Benutzung einer Klemmverbindung, einer Keilverriegelung
oder einer zusammenpressenden bzw. exzentrischen Klammer. Die Beweglichkeit
solcher Arretierungsmittel kann durch die Verwendung konventioneller
Stellglieder, z.B. hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer
Bauteile erreicht werden. Wenn das arretierbare Haltemittel festgeklemmt
ist, muss auch das Spiel an seinen Drehpunkten 15, 16 unterbunden
werden. Das kann in der im Folgenden beschriebenen An und Weise
erfolgen.
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Bei
einer normalen Betriebssituation, die kein Risiko einer Resonanz
darstellt, wird die Arretierung der Haltemittel im gelösten Zustand
gehalten, wodurch sie für
den Rakelbalken keinen Halt zur Verfügung stellen. Sobald man sich
der Resonanzfrequenz annähert,
werden die Haltemittel 4, 5 arretiert, wodurch
dem Rakelbalken 1 ein steiferer Halt gegeben wird und seine
Eigenfrequenz ansteigt. Wenn sich nachfolgend die anregende Frequenz
dem neuen Eigenfrequenzwert des versteiften Rakelbalkens nähert, wird
die Arretierung der Haltemittel 4, 5 gelockert,
wodurch die Eigenfrequenz des Rakelbalkens zu einer niedrigeren
Frequenz verschoben wird. Auf diese Art und Weise kann die Eigenschwingung
des Balkens unter allen Bedingungen von der anregenden Frequenz
hinweggeschoben werden, um einen Resonanzzustand des Rakelbalkens 1 zu
vermeiden.
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Die
Haltemittel müssen
so konstruiert sein, dass sie während
der Rotation des Rakelbalkens 1 im nicht arretierten Zustand
eingestellt werden können
und überdies
keine Behinderung der Bewegung des Rakelbalkens 1 verursachen.
Eine Ausführung eines
solchen Haltemittels ist in 2 dargestellt. Das
in der Zeichnung gezeigte Haltemittel ist eine arretierbare Dreh-
bzw. Schiebeverbindung 6, die ein äußeres Rohr 7 und einen
darin gleitenden Stab 8 enthält. Normalerweise kann sich
der Stab 8 frei in dem äußeren Rohr 7 bewegen,
er wird allerdings fest arretiert, wenn die Gleitverbindung 6 arretiert
wird.
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Die
zuvor beschriebene Anordnung bietet an den Enden des Rakelbalkens 1 eine
steife Haltemöglichkeit.
Die Enden des äußeren Rohres 7 und
des Gleitstabes 8 sind mit Befestigungselementen 9, 10 versehen,
die in Lagern 11, 12 angebracht sind, die am Rakelbalken 1 und
an einem geeigneten festen Haltepunkt, wie z.B. dem Rahmen der Beschichtungsstation,
montiert sind. Die Montageelemente 9, 10 und Lager 11, 12 haben
konzentrische Bohrungen, in die konische Stifte 13, 14 eingeführt werden. Die
konischen Stifte 13, 14 dienen dazu, das Spiel des
Gleitlagers 6 an seinen Befestigungspunkten zu unterdrücken und
dem Balken eine versteifte Halterung zu bieten. Die Steuerung der
Bewegung der konischen Stifte ist mit der Steuerung der Arretierung des
Gleitlagers 6 synchronisiert, so dass zum Ändern des
Winkels des Rakelbalkens das arretierbare Gleitlager gelöst wird
und gleichzeitig die konischen Arretierungsstifte leicht zurückgezogen
werden, wodurch ein Spiel an den Haltepunkten herbeigeführt wird, welches
den Befestigungselementen des Gleitlagers ermöglicht, mit der Drehung des
Rakelbalkens zu rotieren. Die Funktionen der Gleitlagers und der
sich verjüngenden
Stifte kann hydraulisch realisiert sein, alldieweil die Beschichtungsstation
generell über genügend hydraulische
Kraft verfügt.
Natürlich
können die
Funktionen auch durch die Benutzung von elektrischen oder pneumatischen
Stellgliedern realisiert sein.
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Ergänzend zu
der obigen Beschreibung kann die vorliegende Erfindung alternative
Ausführungsformen
haben.
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Anstelle
des zuvor beschriebenen mechanischen Gleitlagers kann ein in zweifacher
Weise wirkender hydraulischer Zylinder eingesetzt sein, wobei seine
Arretierung durch Schließen
der hydraulischen Flüssigkeitskanäle an der
Zylinderkammer erfolgt. Obwohl auch die Benutzung von pneumatischen Stellgliedern
in Erwägung
gezogen werden kann, kann ihre Kompressibilität Probleme verursachen. Dennoch
kann auch diese Art eines Stellgliedes mit einer mechanischen Arretierung
versehen sein, wenn dies gewünscht
ist. Weiterhin ist es machbar, die Steifheit der Haltekraft regelbar
zu gestalten, falls eine große
Zahl von Quellen für
Schwingungsanregungen oder ein breit anregendes Frequenzspektrum
derselben zu kontrollieren ist. Wie dem auch sei, treten normalerweise
Anregungen von Schwingungen nur bei festen Frequenzen auf, weshalb
eine einfache Haltevorrichtung mit einer arretierbaren/lösbaren Steifheit
eine hinreichende und kosteneffiziente Lösung für die Implementierung darstellt.
Funktionsbedingt können
hydraulische oder pneumatische Techniken für die Realisierung einer steuerbaren
Haltevorrichtung angewendet werden.
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Anstelle
der Anbringung eines Halteelementes mit regulierbarer Steifheit
an den Balkenenden können
auch andere Orte entlang des Balkens ins Auge gefasst werden. Wie
dem auch sei, ist die Haltevorrichtung nach der zuvor beschriebenen
exemplarischen Ausführungsform
platzmäßig einfach
an ihrer Stelle anzubringen und darüber hinaus wird das Haltesystem
symmetrisch. Alternativ kann auch ein an der Richtung der Mittelachse
des Balkens ausgerichtetes Haltesystem benutzt werden und derart
auf die Balkenenden wirken, dass die Rotation des Balkenendes eingeschränkt wird.
In entsprechender Weise kann die Rotation des Drehgelenks des Balkens
durch eine Haltevorrichtung mit einer regulierbaren Reibungskraft
oder mit blockierbarer Rotation eingeschränkt werden. Da offensichtlich
mehrere Haltemittel ins Auge gefasst werden können, bietet die vorteilhafte,
zum Mittelpunkt des Rakelbalkens symmetrische Anordnung zweier Haltemittel
einen symmetrischen Halt, ohne nachteilige Änderungen bei der Stärke der
Balkenbiegung zu verursachen.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Veröffentlichung
offenbart ein Verfahren und eine Anwendung zum Steuern der Schwingungen
eines Rakelbalkens (1) einer Beschichtungsstation in einer
Halterungsanordnung, wobei der Rakelbalken (1) an seinen
beiden Enden durch ein Drehgelenk (2) und zusätzlich durch
wenigstens ein Stellglied (3) zur Justierung der Position des
Rakelbalkens (1) unterstützt wird. Der Rakelbalken (1)
wird mit Hilfe wenigstens eines Bauteils (4, 5) mit
regulierbarer Steifheit derart unterstützt, dass eine Veränderung
der Steifheit der Halteanordnung die Eigenschwingung des Rakelbalkens
(1) steuert.
(1)