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Modellierung von Schwingungsphänomenen in Papierkalandern

Wiendl, Steffen (2011):
Modellierung von Schwingungsphänomenen in Papierkalandern.
Darmstadt, Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik,
[Ph.D. Thesis]

Abstract

In einem der letzten Schritte der Papierherstellung werden in Papierkalandern die für den späteren Verwendungszweck benötigten Oberflächeneigenschaften erzeugt. Hierbei wird das Papier durch einen oder mehrere Walzenspalte geführt und so geglättet. Im Zusammenhang mit der Kalandrierung kann es zu Schwingungsphänomenen kommen, die einen wirtschaftlichen Betrieb der Papiermaschine beeinträchtigen. Eines der Schwingungsphänomene wird in der Praxis als plötzliche Instabilität bezeichnet und ist dadurch charakterisiert, dass es bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten unvermittelt zu Schwingungen der Walzen kommt. Hierbei entstehen in sehr kurzer Zeit große Schwingungsamplituden und die sich verändernden Kontaktkräfte führen zu einer verminderten Oberflächenqualität des Papiers. Ein weiteres Schwingungsphänomen ist unter der Bezeichnung „Barring“ bekannt. Charakteristisch hierbei ist, dass sich in einem Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen, parallel zu langsam aufklingenden Walzenschwingungen, irreversible Wellenmuster auf den kunststoffbezogenen Walzen ausbilden. Zusätzlich zu einer verminderten Oberflächenqualität des Papiers hat das Barring zur Folge, dass die geschädigten Walzen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht und geschliffen werden müssen. Weder das Auftreten von plötzlichen Instabilitäten noch die langsame Bildung von Verschleißmustern auf den Walzen sind aus mechanischer Sicht zufriedenstellend erklärt. Ein mangelndes Verständnis der ursächlichen Vorgänge verhindert derzeit effiziente Gegenmaßnahmen. Mathematisch-mechanische Modelle von Papierkalandern helfen, die ursächlichen maschinendynamischen Prozesse zu verstehen. Gegenstand dieser Arbeit ist es, solche Modelle zu entwickeln und zu analysieren. Ferner werden Stellschrauben für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen aufgezeigt und bewertet.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2011
Creators: Wiendl, Steffen
Title: Modellierung von Schwingungsphänomenen in Papierkalandern
Language: German
Abstract:

In einem der letzten Schritte der Papierherstellung werden in Papierkalandern die für den späteren Verwendungszweck benötigten Oberflächeneigenschaften erzeugt. Hierbei wird das Papier durch einen oder mehrere Walzenspalte geführt und so geglättet. Im Zusammenhang mit der Kalandrierung kann es zu Schwingungsphänomenen kommen, die einen wirtschaftlichen Betrieb der Papiermaschine beeinträchtigen. Eines der Schwingungsphänomene wird in der Praxis als plötzliche Instabilität bezeichnet und ist dadurch charakterisiert, dass es bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten unvermittelt zu Schwingungen der Walzen kommt. Hierbei entstehen in sehr kurzer Zeit große Schwingungsamplituden und die sich verändernden Kontaktkräfte führen zu einer verminderten Oberflächenqualität des Papiers. Ein weiteres Schwingungsphänomen ist unter der Bezeichnung „Barring“ bekannt. Charakteristisch hierbei ist, dass sich in einem Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen, parallel zu langsam aufklingenden Walzenschwingungen, irreversible Wellenmuster auf den kunststoffbezogenen Walzen ausbilden. Zusätzlich zu einer verminderten Oberflächenqualität des Papiers hat das Barring zur Folge, dass die geschädigten Walzen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht und geschliffen werden müssen. Weder das Auftreten von plötzlichen Instabilitäten noch die langsame Bildung von Verschleißmustern auf den Walzen sind aus mechanischer Sicht zufriedenstellend erklärt. Ein mangelndes Verständnis der ursächlichen Vorgänge verhindert derzeit effiziente Gegenmaßnahmen. Mathematisch-mechanische Modelle von Papierkalandern helfen, die ursächlichen maschinendynamischen Prozesse zu verstehen. Gegenstand dieser Arbeit ist es, solche Modelle zu entwickeln und zu analysieren. Ferner werden Stellschrauben für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen aufgezeigt und bewertet.
Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Dynamics and Vibrations
Date Deposited: 14 Dec 2011 09:57
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-28339
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Hagedorn, Prof. Dr. Peter ; Schabel, Prof. Dr.- Samuel
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 16 November 2011
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language

Calendering is one of the last steps in the manufacturing process of paper. Concerning appearance and printability of the paper, here, the needed surface properties are achieved. The operation is performed by passing the paper web through a nip formed by two rotating cylinders pressed against each other. There are different types of alendering units varying in the number of nips. The efficiency of the whole manufacturing process is strongly influenced by two vibrational phenomena, which sometimes occur during the calendering operation. One phenomenon is characterized by an instability of the whole calendering unit. Consequently, large vibrational amplitudes arise in very short time, resulting in varying contact forces and thus in a poor surface quality of the paper. Another phenomenon is called barring. Here, within days and concurrent with slowly growing vibrational amplitudes, grooves occur on the cylinders, leading to short operating times. From a mechanical point of view, the origin of the described phenomena are not understood, which up to now, prevents the design of efficient countermeasures. Mathematical-mechanical models of paper calenders can provide a basis for understanding the underlying effects. The aim of this thesis is to develop and analyze such models. Furthermore parameters for the development of countermeasures are identified and evaluated.

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