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.

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