Archiv Papiertechnik

Eine „spannende“ Optimierung

Im Gesamtgeschehen des Papierherstellungsprozesses kommt der Positionierung der Regulierwalzen eine besondere Bedeutung zu, da hier zugleich Produktionssicherheit wie auch Produktionseffizienz unmittelbar berührt sind. – Besonderer „ema-Effekt”: die Minimalkonfiguration der Papiermaschine.

Dipl.-Ing. Markus Stärk EMA Elektronik Maschinen Apparatebau GmbH

In der Papierherstellung sind Leit- und Regulierwalzen sowie deren Bespannung sozusagen das A und O, um das sich alles dreht. Hier wird sowohl die Bespannung geführt als auch das Produktionsgut, das Papier.

Für die korrekte Bespannungsführung sind die Regulierwalzen verantwortlich, die heutzutage über einen pneumatischen Laufregler positioniert werden. Nachteilig hierbei sind der unnötig hohe Energieaufwand, der durch die permanente Bereitstellung von Druckluft entsteht, sowie eine nicht optimale Regulationsgenauigkeit mit jeweils geringen Umschlingungswinkeln von etwa 30 Grad; eine Konfiguration, die bei der Bespannungsführung entsprechende Grenzen hat.

Die Firma ema aus Stolberg im Rheinland gibt ihren Kunden dagegen ein zeitgemäßeres System an die Hand: den elektromotorischen Laufregler. Dieser arbeitet nicht nach dem Kräftevergleichsprinzip, wie es der pneumatische Laufregler tut, sondern positioniert die Regulierwalze über einen Spindeltrieb, der seine Arbeit mit einer Genauigkeit von 1/10 Millimeter verrichtet. Der Stellantrieb selbst wird durch eine Getriebe-Motor-Einheit realisiert.

Die Vorteile dieser elektromotorischen Lösung sind beeindruckend. Zunächst lässt sich die Regulierwalze bei dieser Art von Laufreglern in beliebiger Einbaulage platzieren und auch eine Kompensation des Walzengewichts ist bei einer senkrechten Einbaulage nicht erforderlich. Weiter kann durch die äußerst präzise elektromechanische Positionierung der Regulierwalze ein Umschlingungswinkel von bis zu 90 Grad prozesssicher realisiert werden.

Durch diesen besonders großen Umschlingungswinkel ergibt sich – im Vergleich zum pneumatischen Pendant – ein Systemvorteil, weil die Bespannungsführung nunmehr auf eine Anzahl von Leitwalzen verzichten kann. So fallen sämtliche Probleme, die sich ansonsten mit diesen Walzen ergeben könnten, weg und selbstredend auch die entsprechenden Wartungszeiten und Wartungskosten.

Durch den Wegfall außenliegender Walzen bietet sich zudem die Möglichkeit, die Bespannungslänge in den Gruppen zu verkürzen, so dass man von der Möglichkeit einer Minimalkonfiguration sprechen kann.

Geringer Energieverbrauch
Gerade auch vor dem Hintergrund eines steigenden Energiekostenanteils bei der Papierherstellung und der sich daraus ergebenden Notwendigkeit der bestmöglichen Ausnutzung elektrischer Energie ist die Tatsache bestechend, mit dem elektromotorischen Laufregler ein System einzusetzen, das nur im eigentlichen Regulationsvorgang Energie benötigt.

Bei einer optimal eingestellten Laufregulierung kann man mit einem Energieverbrauch von etwa zehn Prozent der Nennleistung des Antriebs ausgehen, was bei einer Papiermaschine mit sechs Meter Arbeitsbreite einen Energieverbrauch durch den Laufregler von gerade einmal 45 Wattstunden bedeutet, zuzüglich des Energiebedarfs der Steuerung, die in etwa so viel verbraucht wie ein aktuell handelsüblicher PC.

Gerade auch die älteren Papiermaschinen, die weiter ihren Dienst tun sollen, allerdings mit gesteigerter Effizienz, profitieren durch den elektromotorischen Laufregler in der beschriebenen Hinsicht.

Zu all diesen Vorzügen gesellt sich noch die Prozesstransparenz: Über die Anbindung der ema-Steuerung an das Prozessleitsystem werden dem Maschinenbediener fortlaufend alle relevanten Informationen zur Laufregulierung als Trend angezeigt. Verzeichnet das System keine Störgröße, so läuft die Bespannung über Stunden geradeaus.

Die bisher beschriebenen, nicht unerheblichen Vorzüge der elektromotorischen Laufregulierung stellen nicht „nur” einen Innovationssprung gegenüber konventioneller Pneumatik dar. Sie sind insbesondere auf eine bestimmte Organisation und spezialisierte Ausrichtung zurückzuführen: den ema-Bereich Engineering. Denn hier liegt nicht nur der Ausgangsort für sämtliche Entwicklungsvorhaben, die dem eigenen Innovationsdrang ent springen. Es ist auch der Ort, der für die Auseinandersetzung mit teils sehr spezifischen Kundenwünschen von großer Wichtigkeit ist, die hier – in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden – in Lösungen überführt werden.

Konstruktionen nach Maß
Die denkbar modernste CAD-Umgebung stellt sicher, dass die ema-Ingenieure Konstruktionen nach Maß entwerfen, die im hauseigenen Bereich Maschinenbau in Form von Prototypen, Sonderanfertigungen und Kleinserien auf Kundenwunsch hin gefertigt werden und am vorgesehenen Einsatzort die Papierproduktion schneller und betriebssicherer gestalten.

Greifen bei der Papierproduktion bekanntermaßen diverse Glieder aus Maschinenelementen, Sensorik, Steuerung etc. ineinander – alles unter der Obhut des für den jeweiligen Bereich Zuständigen – so drängt sich beim Thema der bestmöglichen Positionierung von Regulierwalzen die Frage auf, welcher speziellen baulichen Einheit das Geheimnis der höchstmöglichen „Positionierungskompetenz” innewohnt.

Es sind dies die elektromotorischen Stellglieder mit Spezialmotoren, die mit dem Filz- und Sieblaufregler eine Gesamteinheit darstellen und eine Reihe von Vorteilen gegenüber bekannten pneumatischen Systemen vorzuweisen haben: Höchste Sensibilität in den Verstellhüben (bis zu 1/10 mm). Klare Trennung zwischen Leistungs- und Steuerteil. Lange Laufzeiten ohne Verstellung (in der Praxis wurden Laufzeiten von mehreren Stunden erreicht, in denen die Regulierwalze nicht verstellt wurde). Sichere Gewährleistung der Deckungsgleichheit bei Doppelsieben. Deutliche Verbesserung des Aufführvorgangs bei Schnellläufern sowie eine absolut gerade Bespannungskante.

Das elektromotorische Stellglied besteht aus einem robusten Gussgehäuse mit einem Schlitten, der von einer Trapezgewindespindel angetrieben wird. Das Stellglied steht wahlweise zum Einsatz in Nasspartien aus Edelstahl DIN 1.4571 zur Verfügung oder zum Einsatz in der Trockenpartie in Stahlgehäuse-Ausführung, versehen mit einem Anstrich-System. Der Stellantrieb besteht aus einem Drehstrom-Käfigläufermotor mit Widerstandsläufer. Dies bedeutet, dass die thermische Beanspruchung im Schaltbetrieb äußerst gering ist. Die Produktvorteile der beiden genannten Stellglieder: Robuste Ausführung, maximaler Umschlingungswinkel an der Regulierwalze 90 Grad, beliebige Einbauposition, maximale Umgebungstemperatur bis 150 Grad Celsius, geringer Energieverbrauch und ein insgesamt wartungsarmes System.

Laufposition in drei Varianten ermittelt
Zu den entscheidenden Aufgaben des Laufreglers gehört die Laufpositionserfassung, die in drei Varianten die Laufposition ermitteln kann: einseitig mechanisch, beidseitig überwiegend berührungslos sowie berührungslos.

· Die einseitige mechanische Laufpositionserfassung ist bei langsam laufenden Papiermaschinen zu empfehlen. Eine robuste, störungsarme und zugleich preiswerte Lösung.

· Die beidseitige überwiegend berührungslose Laufpositionserfassung: Bei Papiermaschinen mit mittleren Produktionsgeschwindigkeiten und großer Verschmutzung empfiehlt ema die überwiegend berührungslose Laufpositionserfassung über zwei mechanische Abtasteinheiten. Die Abtasteinheiten werden hierbei auf Führer- und Triebseite positioniert. Durch den Regel-Algorithmus wird die neutrale Position der Bespannung errechnet und die Regelwalze entsprechend positioniert. Somit kommt es nur zu minimalem Kantenverschleiß durch die Laufpositionserfassung.

· Die dritte Variante: berührungslose Laufpositionserfassung. Bei Papiermaschinen mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten ist die berührungslose Laufpositionserfassung zu favorisieren. So treten auch bei schnell laufenden Maschinen keine Probleme – wie Kantenverschleiß, Abrieb und Tasterverschleiß – auf. Die Laufpositionserfassung erfolgt sowohl auf Führer- als auch auf Triebseite. Vorteil: Es handelt sich um ein selbst kontrollierendes System, mit einer Fehlerauswertung.

So aufwendig die Erläuterungen zu den bewussten Kernkomponenten der elektromotorischen Laufregler erscheinen mögen, so problemlos ist mit ihnen der Betrieb, so beeindruckend die Bescheidenheit im Energieverbrauch und der „Komfort” bei der Einbaulage der Regulierwalze. Das Gesamtgeschehen des Papierherstellungsprozesses wird so gleichsam auf eine andere Ebene gehoben und den modernen Anforderungen gerecht. Der Wettbewerbsdruck sollte jeden Produktionsbetrieb in der Papierindustrie zu der Überlegung veranlassen, den Sprung von der „Dampflokomotive” auf die „Elektrolok” zu machen; andernfalls könnte dieser Zug bald ohne ihn auf und davon sein.

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