Ausrichtung der Wellpappenmaschine mit ParAlign und einem Faro-Lasertracker

By Chelsea Fiegel

Das Ausrichtungsteam von Fluke Reliability reiste zu einem Kunden, um eine Wellpappenproduktionsanlage auszurichten. Mithilfe einer neuen Methode, die das Prüftechnik ParAlign Walzenausrichtungssystem in Kombination mit einem Faro Laser Tracker erforderte, vermaß das Team an einem einzigen Wochenende die gesamte Nasspartie mit 126 Walzen und allen 15 Heizplatten. Durch die Ergänzung des ParAlign-Verfahrens um die Faro Tracker-Anwendungen verfügte das Serviceteam von Fluke Reliability über die Ressourcen für eine umfassende Ausrichtung im Gegensatz zu den eingeschränkteren herkömmlichen Ausrichtungsmethoden.

Abbildung 1. Wellpappenproduktion. Illustration von Fefco.org

Über die ParAlign-Technik

Das ParAlign-Gerät besteht aus drei Ringlaser-Gyroskopen, die in x-, y- und z-Richtung positioniert sind. Die Gyroskope, ein Produkt von Honeywell, werden häufig in der militärischen Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Sie messen die Roll-, Nick- und Gierbewegung des ParAlign-Geräts, während es über den Umfang der Rolle geführt wird. Zur Messung der Mittelachse der Rolle ist ein Schwenkwinkel von mindestens 20 Grad erforderlich.

Während entlang des Bogens Punkte gesammelt werden, berechnet die entsprechende Software mithilfe geometrischer Gleichungen einen Winkel und ermittelt anhand der Länge von Lager zu Lager jeder Walze die horizontalen und vertikalen Versätze. Das grafische, leicht verständliche Berichtsformat ermöglicht es Mechanikern, die erforderlichen Anpassungen leicht zu erkennen und die Korrekturen anschließend mit Präzisionsscheiben und Messuhren fachgerecht vorzunehmen. Jede Walzenmessung dauert etwa 30 Sekunden, sodass ganze Maschinen in weniger als sechs Stunden vermessen werden können.

Abbildung 2. Das Prüftechnik ParAlign Walzenausrichtungssystem

Der Bericht ist eine zweidimensionale Darstellung der Parallelität der Walzen im Verhältnis zu den Referenzwalzen. In der Wellpappenindustrie wird die Referenz üblicherweise als die untere Vorwärmzone des Dreifachstapels bezeichnet. Abbildung 3 zeigt beispielsweise drei gemessene Walzen mit ihrem jeweiligen vertikalen und horizontalen Versatz. Die blaue Walze kennzeichnet die Referenzwalze. Der grüne Kreis stellt die Bedienerseite der Maschine dar und der rote Kreis die Antriebsseite. Bei der Interpretation der Ergebnisse ist die Walze rechts 0.069 Zoll über und 0.001 Zoll links von der Referenzwalze auf der Bedienerseite positioniert. Um diese Walze einzustellen, würde man die Bedienerseite der Walze um 0.069 Zoll nach unten verstellen. Wenn eine Einstellung nur auf der Antriebsseite möglich ist, kann zusätzlich eine 0.069 Zoll dicke Unterlegscheibe unter das antriebsseitige Lager der Walze gelegt werden, um die Fehlausrichtung zu korrigieren.

Abbildung 3. ParAlign-Berichtsbeispiel für drei Rollen mit vertikalem und horizontalem Versatz.

Die Software kann die Referenzrolle jederzeit ändern, um alle relativen Abweichungen zur neu ausgewählten Rolle anzuzeigen. Dies ist insbesondere bei der Beobachtung von Fehlausrichtungen in bestimmten Bereichen, wie z. B. Modulbelichtern mit zugehörigen Spleißeinheiten, hilfreich. 

Ausführliche Beschreibung des Wellpappenausrichtungsservice

Im Nassteil der Wellpappenanlage befanden sich insgesamt 126 Rollen, die alle innerhalb der ersten fünf Stunden des ersten Tages gemessen wurden. Den Rest des ersten Tages verbrachte die Mannschaft damit, 1 der Rollen, bei denen sich herausstellte, dass sie anfangs falsch ausgerichtet waren, zu korrigieren.

• Die Walzen wurden vom hauseigenen Wartungspersonal auf eine Toleranz von +/- 0.030″ in vertikaler und horizontaler Richtung eingestellt.
• Der ParAlign-Teil des Services umfasste die Messung aller Rollen in den Komponenten vom Doppelträger bis zur ersten Spleißeinheit.
• Von den 89 gemessenen Rollen wurden 45 angepasst und erneut gemessen, um die endgültige Position zu bestimmen.
• Die Rollen wurden angepasst, um eine Toleranz von +/- 0.030 Zoll zu erreichen.
• Die Rollen, die die Toleranz nicht einhalten konnten, waren entweder durch eine bereits vorhandene Rahmenkonstruktion eingeschränkt oder durch Bolzen blockiert.

Zu den wichtigsten Anpassungen gehörte das Anheben der Bedienerseite des Umlenkrollenrahmens um etwa 0.150 mm, um den Anfang des Doppelträgers am unteren Vorwärmer des Dreifachstapels auszurichten. Nach Abschluss dieser Anpassung maß das Team mit dem Faro Laser Tracker die Vorderkante der ersten und die Hinterkante der letzten Heizplatte, um eine ideale Ebene als Referenz für die Ausrichtung der Heizplatten zu erstellen.

Abbildung 4. Der Faro Laser Tracker.

Ziel war es, die Vorderkante jeder Heizplatte so auszurichten, dass sie maximal 0.010 Zoll unterhalb der vorherigen Platte lag. Erste Messungen der Platten zeigten, dass sich die Platten nicht wie vorgesehen allmählich neigten, sondern in der Mitte einen Bogen bildeten. Diese Daten wurden durch Messung jeder Ecke jeder Heizplatte und deren Belegung mit der generierten idealen Ebene erhoben. Zur Korrektur der Fehlausrichtung mussten einige Plattenecken um mehr als 0.100 Zoll angepasst werden. Die Ausrichtung der Platten ist in den entsprechenden Abbildungen unten dargestellt.

Abbildung 5. Erste Heizplattenmessungen mit dem Faro Laser Tracker

Abbildung 6. Endgültige Heizplattenmessungen (nach Anpassungen)

Abbildung 7: Screenshot der ersten ParAlign-Ergebnisse. Der grüne Kreis stellt die Bedienerseite der Maschine dar, der rote den Antrieb. Alle Abweichungen beziehen sich auf die Referenzrolle (blau markiert). In einem solchen Bild lässt sich der Grad der Fehlausrichtung leicht erkennen: Je mehr Rot zu sehen ist, desto größer ist die Fehlausrichtung.

Abbildung 8. Screenshot der endgültigen ParAlign-Ergebnisse (nach den Anpassungen). Nach den Anpassungen wurde jede „verschobene“ Rolle erneut vermessen, um die neue Positionierung zu zeigen. Anhand der aus dem Bild entfernten Rotmenge lässt sich feststellen, wie stark die Fehlausrichtung korrigiert wurde.

Fazit

Die Ausrichtung entlang der Wellpappenanlage führte zu Verbesserungen, darunter die Beseitigung von Faltenproblemen, Verdrehungen und Delaminations- bzw. Klebeproblemen. Der Kunde konnte einen deutlichen Unterschied in der Maschinenleistung und Produktqualität feststellen. Darüber hinaus lag der Karton nun flach auf der Maschine, wodurch weniger Stärke verbraucht wurde und nur minimale Anpassungen erforderlich waren.

Chelsea Fiegel ist eine Prüftechnik Vertriebs- und Anwendungsingenieur für Fluke Reliability.