Pehmeäpintaisen rullaussylinterin uusintaan liittyvät muutokset luettelopaperikoneella

Transkriptio

1 Tampereen ammattikorkeakoulu Paperitekniikan koulutusohjelma Pekka Pasanen Opinnäytetyö Pehmeäpintaisen rullaussylinterin uusintaan liittyvät muutokset luettelopaperikoneella Työn ohjaaja Työn tilaaja Tampere 4/2009 lehtori, tekniikan lisensiaatti Päivi Viitaharju UPM-Kymmene Oyj Kaipola, ohjaajana käyttöinsinööri, diplomi-insinööri Heikki Palsinajärvi

2 Tampereen ammattikorkeakoulu Paperitekniikan koulutusohjelma Tekijä Pekka Pasanen Työn nimi Pehmeäpintaisen rullaussylinterin uusintaan liittyvät muutokset luettelopaperikoneella Sivumäärä sivua liitteitä Valmistumisaika 4/2009 Työn ohjaaja lehtori, tekniikan lisensiaatti Päivi Viitaharju Työn tilaaja UPM-Kymmene Oyj Kaipola, ohjaajana käyttöinsinööri, diplomi-insinööri Heikki Palsinajärvi TIIVISTELMÄ Tässä opinnäytetyössä käsitellään Kaipolan PK4:n rullaussylinterin uusintaprojektin kulkua ja uuden pehmeäpintaisen rullainsylinterin käyttöönottoa ja siihen liittyviä muutoksia. Tavoitteena oli löytää uudelle rullaussylinterille toimivat rullausparametrit ja muut ajoparametrit. Pehmeäpintainen rullaussylinteri asennettiin ja tilannetta seurattiin asti. Pehmeäpintaisen rullaussylinterin hankinnan taustalla olivat pussirynkkyongelmat. Rullaussylinterin uusinnalla pyrittiin lisäämään konerullan saavutettavissa olevaa maksimikovuutta ja siten pääsemään eroon paperikerrosten välisestä luistamisesta konerullan sisällä. Teoriaosassa käsiteltiin melko laajasti rullausteoriaa ja käytännön osassa käsiteltiin rullaimelle tehtyjä muutoksia. Rullaussylinterin uusinnan jälkeen pussirynkyistä ei kuitenkaan mennessä ole täysin päästy eroon. Tilanteen parantamiseksi tehtiin runsaasti koeajoja rullaimella eri rullausparametrien yhdistelmillä. Lisäksi selvitettiin sekä levitystelan toimintaa että konerullan rakennetta. Todellisia viivakuormia mitattiin iroll-mittausjärjestelmällä. Paperikerrosten välistä luistamista tutkittiin J-linjatesteillä leikkureilla ja rullaimella. Koeajoja tehtiin myös erilaisilla täyteainepigmenteillä. Täyteaineiden muutoksilla saatiin aikaan odotettuja kitkamuutoksia, joiden havaittiin vaikuttavan pussirynkyn määrään. Kitkan nostamisella ei kuitenkaan saatu pussirynkkyjä täysin häviämään. Erilaisten rullausparametrikäyrien kokeiluista kävi ilmi, että luettelopaperi kestää viivakuormatasoja paperilajin mukaan noin 4,5 kn/m asti, jonka jälkeen katkot rullaimella lisääntyivät merkittävästi. Alhaisilla alle 3,0 kn/m viivakuormilla pussirynkkyjen havaittiin lisääntyvän, mutta edes 5,5 kn/m viivakuormilla pussirynkyistä ei päästy eroon. Viivakuormalla tai viivakuormakäyrän muodolla ei siten yksinään ongelmaa saatu ratkaistua. Kehävoimalla havaittiin olevan rullan tiukkuuteen hyvin vaikutusta, mutta nykyinen käytössä oleva alkurullauksen 55 kw:n sähkökäyttö rajoitti yli 270 N/m kehävoimatasojen kokeilemisen. Ratakireydellä ei havaittu olevan juuri vaikutusta pussirynkkyjen syntymiseen, kunhan kireystaso oli riittävä radan hallinnan säilyttämiseksi. Projektin aikana rullaimen toiminnasta opittiin runsaasti uutta. Koeajojen aikana rullaimen toiminnassa olleita epäjatkuvuuskohtia saatiin poistettua. Paperiradan epätasaista poikkisuuntaista kireysprofiilia ei sen sijaan saatu korjattua levitystelan asetuksilla. Erityisesti hoitopuolen epätasaisen kireysprofiilin vaikutusta pussirynkkyjen syntymiseen ei siten voitu varmistaa. Tähän asti suoritettujen kokeiden perusteella pussirynkkyongelman syyt eivät ole yksin rullausparametreissa, mutta parametreilla on vaikutusta pussirynkyn määrään. Tutkimukset ja koeajot tilanteen parantamiseksi jatkuvat edelleen. Avainsanat rullaus, pehmeäpintainen rullaussylinteri, rullausparametrit, pussirynkky, viivakuorma

3 TAMK University of Applied Sciences Department of Paper Technology Writer Pekka Pasanen Thesis Changes on a reeler involved in installing a soft-covered reel drum on a directory paper machine Pages pages of appendices Graduation time 4/2009 Thesis Supervisor lecturer, Licentiate in Technology Päivi Viitaharju Co-operating Company UPM-Kymmene Inc. Kaipola, supervisor operating engineer, Master of Science in Technology Heikki Palsinajärvi ABSRACT This thesis focused on following the reel drum rebuild project on PM4 in Kaipola, Jämsä and the changes on the reeler during the rebuild and after the start-up. The main goal of this thesis was to find working reeling parameters for the new reel drum. The new soft-covered reel drum was installed on 24 th November 2008 and the situation was monitored until 19 th March The reason behind the rebuild was to get rid of the crepe wrinkles, which had been a serious problem. By getting a soft-covered reel drum it s theoretically possible to increase parent reel hardness and thus prevent interlayer slippage in parent reels, which is the main cause for crepe wrinkles. The literature part of the thesis includes general reeling theory and friction theory and the practical part covers the changes made on the reeler. It turned out to be impossible to get totally rid of crepe wrinkles after the rebuild, at least during the thesis which ended March 19 th. A lot of trial runs with different reeling parameters were made to improve the situation. In addition the operation of spreader roll and parent reel structure were investigated. True nip forces were measured using the iroll-equipment. Interlayer slippage was monitored using J-line tests at both slitter winders and reeler. Different combinations of paper fillers were also tried out. Filler trials yielded expected results regarding paper friction and also appearance of crepe wrinkles. Lower friction made the problem worse, but even high friction didn t make the problem disappear. Experimenting with different reeling parameter curves revealed that the directory paper involved can handle nip loads up to 4,5 kn/m, but using higher values significantly increased the amount of web breaks on the reeler. Using nip load levels below 3,0 kn/m started to increase the amount of crepe wrinkles, but even nip load as high 5,5 kn/m didn t fix the problem. It seems that nip load and the shape of the nip load curve can t alone be used to eliminate the problem. It was observed that peripheral force had a good impact on parent reel hardness, but the current electric drive installed in the primary arms doesn t allow using PF levels higher than 270 N/m because the drive will overheat. Web tension levels didn t directly affect crepe wrinkles, as long as the tension level was high enough to maintain decent web handling. A lot was learned about the operation of the reeler during the project and some discontinuities were eliminated. The uneven cross directional tension profile however couldn t be fixed and therefore not examined properly. From the test done so far one can say that the cause for crepe wrinkles is not solely in the reeling parameters, but they certainly affect the amount of crepe wrinkles. Trial runs to fix the problem are still under way. Keywords reeling, soft-covered reel drum, reeling parameters, crepe wrinkle, nip load

4 Esipuhe Pehmeäpintaisen rullaussylinterin uusinta osoittautui luultua monimutkaisemmaksi projektiksi. Työn edetessä tämän opinnäytetyön luonne hieman muuttui, koska tavoiteltuja tuloksia ei saatukaan projektin oletetussa kestoajassa. Olen projektin venymisestä huolimatta yrittänyt löytää rullaimen toiminnasta opitut hyödylliset asiat ja koota ne tähän opinnäytetyöhön. Lisäksi teoriaosassa käsitellään konerullauksen teoriaa melko laajasti ja toivon, että rullausteoriasta on hyötyä mahdollisia tulevaisuuden ongelmia ratkottaessa. Haluaisin kiittää Kaipolan PK4:n henkilöstöä ja erityisesti rullamiehiä ja leikkurimiehistöä kärsivällisyydestä ja leppoisasta suhtautumisesta rullausparametrien koeajoihin työn aikana. Lisäksi haluaisin kiittää Veli-Pekka Laurilaa ja Heikki Palsinajärveä tämän työn mahdollistamisesta ja ohjeista työn aikana. Kiitokset kuuluvat myös Metson työntekijöille, jotka ovat projektin aikana antaneet korvaamatonta taustatietoa ja näkemyksiä rullaimen toiminnasta erityisesti kiitokset Sami Hyötyselle asiantuntevista kommenteista. Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, osoitan kiitokset Emilialle, koska muuten tämä työ ei olisi valmistunut ajoissa. Tampereella maaliskuussa 2009 Pekka Pasanen

5 Tampereen ammattikorkeakoulu Paperitekniikan koulutusohjelma Pekka Pasanen Sisällysluettelo 1 Johdanto Konerullauksen teoriaa Konerullausprosessi Rullaimen rakenne OptiReelin rakenne Pehmeäpintainen rullaussylinteri Rullausparametrit Viivakuorma Nippitapahtuma Ratakireys Kehävoima Parametrien yhdistelmäkäyttö Konerullan rakenne Säteen suuntainen rakenne Sisänippi Konerullaan kohdistuvat voimat Konerullan rakenteen arviointi Paperin ominaisuudet rullauksessa Kitka Muiden paperin ominaisuuksien vaikutus konerullaukseen Konerullauksen vaikutukset paperin ominaisuuksiin Rullausviat ja ajettavuusongelmat Ilmapussitus Pussirynkky ja satikka Vaihto- ja rullainkatkot Sivuttaisheitot Tähtikuvio Vanat ja pannat... 46

6 3 Rullaussylinterin uusintaan liittyvät muutokset ja toiminta muutoksen jälkeen Rullaussylinterin asennus Konerullauksen toiminta ennen ja jälkeen uusinnan Pussirynkky ja pohjakatkot Rullain- ja vaihtokatkot Vanat Muut toimintahäiriöt Mekaaniset ja automaation muutokset Automaation ja mekaniikan muutokset Sähkökäyttöjen toimintaan tehdyt muutokset Rullaimen ohjaussivuille tehdyt muutokset Muutokset rullausparametreihin Uusien parametrikäyrien syöttäminen Ratakireys Kehävoima Viivakuorma Yhteenveto rullausparametrien muutoksista Muiden ohjausparametrien muutokset Muut toimenpiteet ja mittaukset Levitystelan kääntäminen Koeajot eri täyteainepigmenteillä iroll-mittaus J-linja-testit Muut toimenpiteet Päätelmät ja ehdotuksia jatkotoimenpiteistä Lähteet Liitteet Liite 1: Ratakireyskäyrät Liite 2: Kehävoimakäyrät Liite 3: Viivakuormakäyrät Liite 4: iroll-mittausten tuloksia Liite 5: TAPIO RPQ Mittauksien tulokset... 85

7 1 Johdanto Tämän opinnäytetyön aiheena oli Kaipolan PK4:n rullaussylinterin uusintaprojekti ja siihen liittyvät muutokset rullaimella. Työn tavoitteena oli löytää uuden rullaussylinterin asentamisen jälkeen rullaimelle toimivat rullausparametrit ja muut ajoparametrit. Kaipolan PK4 valmistaa luettelopaperia monilta osiltaan uudistetulla paperikoneella, jonka huippunopeus formeriosan uusinnan jälkeen on nykyään jopa 1550 m/min. Kaipolassa valmistettavien luettelopaperilajien neliömassat vaihtelevat g/m 2. Luettelopaperin raaka-aineina käytetään kierrätyskuitua, hierrettä sekä ohuimmilla lajeilla sellua lujuuksien takaamiseksi. Lisäksi joihinkin lajeihin lisätään täyteaineeksi kaoliinia ja opasiteettipigmenttiä paperiteknisten ominaisuuksien parantamiseksi. Paperi kalanteroidaan kuivatusosan jälkeen kaksinippisellä online-soft-kalanterilla, minkä jälkeen paperi rullataan ja pituusleikataan. PK4:n rullain on tyypiltään OptiReel Classic, ja ennen rullainprojektia rullaussylinteri oli tyypiltään kovapintainen ja kaksoisuritettu. Rullainprojektissa rullaimelle uusittiin rullaussylinteri ja hanhenkaulavaihtolaite. Uusi rullaussylinteri on Metson toimittama ja tyypiltään ReelSeal-pinnoitteinen, pehmeäpintainen ja kaksoisuritettu. Uusinnan taustalla oli tarve päästä eroon ongelmia aiheuttavasta pussirynkystä, joka on rullausvika. Pehmeäpintainen rullaussylinteri mahdollistaa korkeampien viivakuormatasojen käyttämisen rullaajalla ja siten kovempien konerullien valmistamisen. Kovempien konerullien myötä pussirynkyistä oletettiin päästävän eroon. Pussirynkkyjen syntymekanismi osoittautui kuitenkin oletettua monimutkaisemmaksi, eikä tilanteeseen ole vielä toistaiseksi löydetty tyydyttävää ratkaisua. Koeajot ja projekti kuitenkin jatkuvat edelleen. Tässä työssä on käsitelty konerullauksen teoriaa, projektin kulkua ja rullaimelle tehtyjä toimenpiteitä tilanteen parantamiseksi. Uusi rullaussylinteri otettiin käyttöön seisokissa ja rullainprojektia seurattiin asti.

8 8(85) 2 Konerullauksen teoriaa 2.1 Konerullausprosessi Rullauksessa tasomainen paperirata muunnetaan helpommin käsiteltävään muotoon eli paperi rullataan konerulliksi. Kiinnirullaimella paperikoneen jatkuva prosessi katkaistaan ensimmäistä kertaa ja prosessi muuttuu jaksottaiseksi. Jaksollisuus on tarpeen jälkikäsittelyssä, jotta paperia voidaan käsitellä ja vikoja poistaa itse tuotantoa häiritsemättä. Jaksollisuus alentaa kuitenkin väistämättä tuotantotehokkuutta konerullien pohja- ja pintahylyn muodossa. Konerullaus on vasta ensimmäinen paperin rullauskohde, sillä monet paperit rullataan useita kertoja konerullauksen jälkeenkin ennen asiakkaalle päätymistä. Konerullauksella on tärkeä osansa paperinvalmistuksessa, sillä konerullauksen onnistuminen ja höytysuhde vaikuttavat suoraan koko konelinjan tehokkuuteen. Vaikka rullaus ei prosessina olekaan kovin monimutkainen, siihen liittyvät kovat tehokkuus- ja laatuvaatimukset ja kasvavat konelinjojen nopeudet asettavat konerullaukselle jatkuvasti uusia haasteita. (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2003, 220; VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Konerullauksen päävaiheet Konerullaus voidaan jakaa neljään päävaiheeseen: radan hallinta ennen rullainta kiinnirullaustapahtuma vaihtotapahtuma valmiin rullan käsittely (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007). Ennen rullainta paperiradalla tulee olla riittävä kireystaso ja reunalepatuksia ei saa esiintyä. Riittävä ratakireystaso on erityisen tärkeää levitystelan toiminnan varmistamiseksi. Huono radan hallinta rullaimella edistää ilmapussien ja löysän radan myötä pituussuuntaisten vekkien kehittymistä ennen rullainta ja vikojen siirtymistä konerullaan asti. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Kiinnirullaustapahtumassa vaikuttavia nippivoimia pystytään nykyisillä laitteilla hallitsemaan melko hyvin. Itse kiinnirullaustapahtuman tulisi olla tasainen ja hallittu hyvän

9 9(85) konerullan aikaansaamiseksi. Kiinnirullauksessa muodostetaan valmistuvan konerullan rakenne ja konerullassa rullauksen aikana vaikuttavat voimat ovat riippuvaisia rullauksessa käytetyistä parametreista. Vaihtotapahtuman onnistumisprosentti vaikuttaa lähinnä konerullauksen hyötysuhteeseen. Vaihtolaitteiston täytyy toimia luotettavasti kaikissa prosessiolosuhteissa ja kaikilla lajeilla. Vaihtotapahtuman epäonnistuminen voi lisätä pinta- ja pohjahylkyä ja jopa alentaa aikahyötysuhdetta, jos vaihtokatkoja esiintyy paljon. Toisen sukupolven rullaimilla käytetään vaihtotapana useimmiten nk. hanhenkaulavaihtoa, mutta uudet vaihtolaitteet esimerkiksi vesivaihtolaite ovat yleistymässä. (Metso Leading 2008, VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Kiinnirullauksen jälkeen konerullaa käsitellään varastoinnissa ja tulevissa aukirullauksissa. Varastoinnissa on tärkeää käsitellä valmiita konerullia varoen, jotta tarpeetonta hylkyä ei pääse syntymään. Varastointiaika vaikuttaa osaltaan myös konerullan rakenteen suunnitteluun. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Konerullauksen hyötysuhde Konerullauksen hyötysuhde voidaan jakaa aika- ja materiaalihyötysuhteeseen. Aika- ja materiaalihyötysuhteen keskinäinen suora vertailu ei ole mielekästä, koska niiden kustannusvaikutus on erilainen. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Konerullauksessa materiaalihyötysuhteen voidaan ajatella muodostuvan pohja- ja pintahylyn määrän kautta sekä mahdollisten rullausvikojen aiheuttamien hylkyrullien kautta. Pohja- ja pintahylyn määriin voidaan vaikuttaa konerullan halkaisijaa muuttamalla. Suuremmilla konerullilla tulee vähemmän vaihtotilanteita, vähemmän pohjahylkyä ja vähemmän pintahylkyä. Aina konerullan halkaisijan kasvattaminen ei tietenkään ole mahdollista. Halkaisijaa voivat rajoittaa rullaimen mekaniikka, rullausvikojen esiintyminen tai jälkikäsittelyn laitteiden rajoitukset. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Pelkästään pohjahylyn määrää voidaan pienentää suunnittelemalla konerullien koko tarkasti vastaamaan leikkurilla tarvittavaa metrimäärää. Konerullien koon hallinnassa yhteydenpito leikkurin ja rullaimen välillä on erityisen tärkeää, ja pohjahylyn minimointi tulee ottaa tavoitteeksi jo ajo-ohjelmia suunniteltaessa. Pohjahylyn määrän minimointi

10 10(85) vaatii luonnollisesti hyvän konerullan rakenteen, jotta leikkureilla voidaan luotettavasti ajaa konerulla aivan pohjalle asti. Pehmeäpohjaisen konerullarakenteen malli lisää väistämättä pohjahylyn määrää, mutta toisaalta toimiessaan stabiloi hylkytilanteen ja vähentää rullausvioista aiheutuvaa hylkyä. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Pintahylyn määrään voidaan vaikuttaa konerullan oikealla pintarakenteella ja mahdollisilla painolaitteilla konerullan vaihdon jälkeen. Konerullan pinta täytyy rullata riittävän tiukaksi, jotta se pysyy kasassa jarrutuksen aikana syntyvistä voimista huolimatta. Painatuslaitteilla pintaa voidaan jarrutuksen aikana tukea ja pitää kasassa. Myös vaihtolaitteiden toiminnalla on vaikutusta konerullan pinnan muodostumiseen. Erityisesti hanhenkaulavaihdossa puhalluksen toiminnalla ja radan katkeamisen siisteydellä on vaikutusta valmistuvan tambuurin pinnan laatuun ja vaihtopuhalluksessa syntyvän paperirehun määrään. (Airola ym. 1999, ) Konerullauksen aikahyötysuhde muodostuu rullaimen toimintavarmuudesta. Toimintavarmuuteen vaikuttavat oleellisesti vaihtolaitteiden ja päänvientilaitteiden toiminta. Vaihtokatkojen esiintyminen vaikuttaa heti konerullauksen ja siten koko konelinjan hyötysuhteeseen. Myös rullaimella tapahtuvat muut nk. rullainkatkot alentavat aikahyötysuhdetta. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Aikahyötysuhdetta on vaikeaa saada nousemaan paperikoneen ajonopeutta nostamalla ja ajonopeuden nostaminen voi entisestään lisätä ongelmia. Konerullauksen aikahyötysuhteen parantamiseksi kannattaa panostaa rullaimen kunnossapitoon ja vaihtolaitteiden varmaan toimintaan. Rullainkatkojen määrä kokonaiskatkoajasta on yleensä kuitenkin varsin pieni. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007, Airola ym. 1999, 162.) 2.2 Rullaimen rakenne Paperikoneen kiinnirullain on yleensä sijoitettu paperikonelinjan online-laitteiden jälkeen, perinteisesti lähelle kuivatusosan loppupäätä mahdollisten kalanterointiasemien jälkeen. Suurimpaan osaan rullaimista kuuluvat seuraavat rakenteelliset pääosat: levityslaitteisto ja kireysmittaus

11 11(85) rullaussylinteri tambuuriraudat toisen sukupolven rullaimissa alkurullauslaitteisto rullausvaunut ja -kiskot vaihtolaitteisto (hanhenkaula, puukkolaite jne.) (Airola ym. 1999, ). Levityslaitteistona käytetään yleisimmin kaarevaa levitystelaa. Levitystelan toiminta riippuu oleellisesti paperiradan kireydestä ja levitystelan oikeista säädöistä. Levitystelan kulmaa ja joskus myös kaarevuuden määrää rataan nähden voidaan säätää. Lisäksi levitystelan nopeutta voidaan hallita säätämällä nopeuseroa. Sopivien säätöjen löydyttyä levitystelaa ei tarvitse ajon aikana säätää. Levityksen toiminnan kannalta oleellista on varmistaa levitystelan pito, koska muutoin levitysteho on huono. (Roisum 1998, 141.) Levityslaitteiston yhteyteen on usein sijoitettu kireysmittauslaitteisto. Paperiradan kireyttä voidaan mitata kahden telan välisenä jännityksenä, ilmanpaineen muutoksiin perustuvalla mittapalkilla tai Metson iroll-mittausjärjestelmällä. Jonkinlainen kireysmittaus löytyy yleensä kaikkien rullainten yhteydestä. Metson IQTension- ja iroll-järjestelmillä ratakireydestä saadaan mitattua myös kireyden poikittaisprofiili. Kuviossa 1 on esitetty esimerkki Metson IQTension-mittapalkin mittaamasta kireysprofiilista. (Metso Leading 2008, VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Kuvio 1: Metson IQTension-mittapalkin mittaama kireysprofiili

12 12(85) Rullaimen keskeisin osa on rullaussylinteri. Rullaussylinteri on halkaisijaltaan yleensä hieman yli metrin. Rullaussylinteri on aina varustettu omalla sähkökäytöllä. Kiinnirullauksen rullausnippi muodostetaan rullaussylinterin ja valmistuvan konerullan väliin. Tambuurirauta painetaan rullaussylinteriä vasten kuormitushydrauliikan avulla tambuuriraudan molemmista päistä. Rullauksen edetessä kasvavan konerullan sisään jäävä tambuurirauta pääsee liikkumaan rullausvaunuihin kiinnitettynä rullauskiskojen päällä. Toisen sukupolven rullaimissa myös tambuuriraudalla on oma sähkökäyttö, jonka avulla kehävoima muodostetaan. Rullaussylinterien pinnoitteet on yleensä uritettu tai kaksoisuritettu ilmapussituksen ehkäisemiseksi, ja urat on toteutettu spiraalimaisesti keskeltä reunoille päin. Kuviossa 5 on nähtävissä rullaussylinterin lisäksi myös spiraalimainen tuplauritus. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Rullaimen vaihtolaitteisto valitaan rullaimen tyypin, paperilajin ja paperikoneen ajonopeuden mukaan. Vaihtolaitteistolla katkaistaan paperirata ja rullaus siirretään uudelle tambuuriraudalla. Vaihdon jälkeen valmistunut tambuuri ohjataan eteenpäin. Paperiradan katkaisuun on olemassa erilaisia tapoja. Toisen sukupolven rullaimilla käytetään yleisimmin radan katkaisuun hanhenkaulaa, jolla paperirata puhalletaan poikki rullaussylinteriä vasten. Puhalluksilla samalla ohjataan rata tyhjän tambuuriraudan ympärille. Hanhenkaulalaitteistoihin on nykyään saatavilla myös erilaisia rehupuhalluksia vaihtokatkojen ehkäisemiseksi. Hanhenkaulavaihto toimii hyvin normaalilla ajonopeusalueella ja useilla paperilajeilla, joten se on pysynyt suosittuna. Paksuille lajeille tai erittäin suurille ajonopeuksille se ei kuitenkaan sovellu (Airola ym. 1999, 165). Kuviossa 2 on esitetty hanhenkaulavaihtolaitteen periaatekuva. Kuvio 2: Hanhenkaulavaihtolaitteen periaatekuva (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007)

13 13(85) Uuden sukupolven vaihtolaitteistoista lupaavin on vesivaihtolaite. Vesivaihtolaitteisto koostuu korkeapaineisista vesileikkureista, joilla ensin leikataan radan keskeltä halki kapeaa nauhaa, johon ammutaan tärkkelyspohjainen liima-annos. Liima tarttuu yläpuolella pyörivään tyhjään tambuuritelaan ja nauha katkeaa. Samalla paperiradan poikkisuunnassa nopeasti liikkuvat vesileikkurit leikkaavat lopun radan poikki muodostaen kiilan ja vaihto on valmis. Vesivaihtolaitteita kokeiltiin aluksi lähinnä kartongeille, mutta niitä käytetään nykyään onnistuneesti esimerkiksi SC-paperikoneilla jopa ajonopeuksilla 1900 m/min. Vesivaihtolaitteen etuja hanhenkaulavaihtoon verrattuna ovat hallitumpi radan katkaisu, hallittu radan nosto tyhjälle raudalle sekä pienempi pohjahylkymäärä. (Metso Leading 2008.) Toisen sukupolven rullaimet Toisen sukupolven rullaimissa oleellisin uudistus on kolmannen rullausparametrin käyttöönotto tambuuriraudan oman sähkökäytön myötä. Kehävoimaa käyttäen rullan rakenne on mahdollista optimoida entistä paremmin ja konerullan maksimikoko kasvaa huomattavasti Pope-rullaimiin verrattuna. Toisen sukupolven rullaimissa myös nippivoimien hallinta on kehittynyt huomattavasti. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Sähkökäyttöjen määrän lisääntyminen jopa neljään monimutkaistaa rullaimen rakennetta huomattavasti. Automaation ja mekaniikan hallinta vaikeutuu ja mahdolliset vikakohteet lisääntyvät. Samalla rullaustapahtumaa on kuitenkin mahdollista hallita ja säätää entistä tarkemmin. Parantuneet vaihtolaitteistot ja kehävoiman käyttö mahdollistavat konerullauksen hyötysuhteen kasvattamisen. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) OptiReelin rakenne Metson OptiReel-rullaimen erityispiirteenä on rullauksen tapahtuminen kahdessa vaiheessa. Uusi tambuurirauta tuodaan rullaussylinterin pintaan kulmassa erityisessä alkurullauslaitteistossa. Alkurullauslaitteella on oma keskiökäyttö sekä oma kuormitushydrauliikka viivakuorman aikaansaamiseksi. Alkurullauslaitteisto laskee valmistuvan tambuurin kiskojen tasoon ja tambuuriraudan sähkökäyttö vaihtuu toiseen. Valmistuva tambuuri jatkaa rullauksessa rullausvaunuilla. (Airola ym. 1999, ) Valokuva Kaipolan PK4:n OptiReel Classic -rullaimesta on esitetty kuviossa 3 esimerkkinä Opti- Reel-rullaimesta.

14 14(85) Kuvio 3: OptiReel Classic -rullain toiminnassa OptiReel-rullaimissa on yleensä myös painatuslaite valmistuvan tambuurin pinnan tukemiseksi. Painolaite voi olla joko harjapainolaite tai rullapainolaite. Vaihtolaitteistona on useimmiten hanhenkaula, mutta myös alapuolista vaihtopuhallusta tai vesivaihtolaitetta voidaan käyttää. OptiReel-rullaimen periaatekuva ja pääsähkökäyttöjen sijainnit on esitetty kuviossa 4. Kuvio 4: Metson OptiReel-rullaimen periaatekuva ja sähkökäytöt (Airola ym. 1999, 153)

15 15(85) OptiReel-rullaimella tambuurin maksimihalkaisija on 3,8 metriä ja OptiReel Plus -rullaimella jopa 4,4 metriä (Metso Leading 2008). OptiReel-rullaimen vaihtokulmassa tapahtuva tambuurin vaihto mahdollistaa sulavan vaihtotapahtuman ja valmistuva tambuuri voidaan rauhallisesti jarruttaa ja siirtää eteenpäin. Ongelmallista tällä rullaintyypillä on monimutkainen rakenne ja erityisesti epäjatkuvuuskohtien muodostuminen rullaustapahtumaan. Tyypillisiä tällaisia epäjatkuvuuskohtia ovat sähkökäyttöjen vaihtumisen ajankohta, valmistuvan tambuurin kääntäminen kiskojen tasoon sekä rullausvaunujen ja lukitusleukojen kiinnittymiset ja avautumiset. Huolellisella toteutuksella hyödyt kuitenkin ylittävät mahdolliset ongelmat. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Pehmeäpintainen rullaussylinteri Kovapintaisten rullaussylinterien rinnalle on alettu kehittää pehmeäpintaisia tuotteita kitkan parantamiseksi ja samalla entistä ohuempien paperien rullauksen parantamiseksi. Pehmeät pinnoitemateriaalit valmistetaan yleensä erilaisista kumiseoksista ja myös polyuretaania on käytetty. Metson tuote on ReelSeal-pinnoite, joka parantaa huomattavasti paperiradan ja rullaussylinterin välistä kitkaa. Pehmeä pinnoite puristuu rullausnipissä kasaan jopa useita millejä. ReelSeal-pinnoitteen kovuus on 95 P&J ja pinnoitteen paksuus sylinterin pinnalla 20 mm. (Metso Paper Oy 2009b.) Kuviossa 5 on esitetty valokuva ReelSeal-pinnoitteisesta rullaussylinteristä. Kuvio 5: ReelSeal-pinnoitteinen rullaussylinteri asennettuna

16 16(85) Pehmeäpintainen sylinteri säästää paperia viivakuorman haitallisilta vaikutuksilta ja samalla tasaa poikkisuuntaista viivakuormaprofiilia. Pehmeällä rullaussylinterillä rullaus ei myöskään ole yhtä herkkä radan poikittaissuuntaisille profiilivirheille. Pehmeä rullaussylinteri on suhteellisen uusi tuote, eikä pidempiaikaisia käyttökokemuksia vielä ole. Pinnoitteen normaali uusintaväli on noin viisi vuotta pinnan kiillottumisen vuoksi. Pehmeydestään huolimatta ReelSeal-pinnoitteen kulutuskestävyys on hyvä, mutta erityistä varovaisuutta käsittelyssä on noudatettava, sillä pinnoite vaurioituu kovaa pinnoitetta helpommin iskuista ja hankaumista. Katkotilanteissa esimerkiksi kaavarin väliin jäävät paperirehut voivat kuumentaa pinnan nopeasti. Pinnoitteen maksimilämpötila on 110 C. Mekaanisia kaavareita ei pehmeäpintaisilla rullaussylintereillä voida käyttää. Pienet vauriot on mahdollista korjata ilman täyttä hiontaa, mutta korjaus vaatii erikoislaitteistoa. (Metso Paper Oy 2009b.) 2.3 Rullausparametrit Rullausparametreilla tarkoitetaan rullaimen hallintaan käytettävissä olevia muutettavia prosessisuureita, joiden avulla rullaustapahtumaan ja konerullan rakenteeseen voidaan vaikuttaa. Rullausparametrien valinta suoritetaan aina paikallisesti paperilajin ja rullaimen ominaisuuksien mukaan. Rullausparametrien valintaan vaikuttavat myös konerullien halkaisija, varastointiaika sekä tavoiteltu konerullan rakenne (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007). Rullausparametrien vaikutustavat on esitetty periaatteellisesti kuviossa 6. Kuvio 6: Rullausparametrien vaikutustavat rullauksessa

17 17(85) Nykyisillä ohjausjärjestelmillä rullausparametrit voidaan yleensä syöttää käyrinä halkaisijan funktiona, jolloin parametreja ja siten konerullan rakennetta voidaan hallita konerullan säteen suunnassa. Käyrien muodoilla saadaan rullausparametrien lisäksi rullaukseen yksi todella tehokas säätömahdollisuus lisää, mutta samalla rullausparametrien säädön monimutkaisuus lisääntyy huomattavasti Viivakuorma Viivakuorma NL (Nip Load) on rullan tiukkuuden kannalta kaikkein tehokkain käytettävissä oleva rullausparametri. Viivakuorma muodostetaan kuormittamalla hydraulisesti tambuuriraudan päitä, jolloin valmistuva tambuuri puristuu rullaussylinteriä vasten. Viivakuorma ilmaistaan voimana pituusyksikkö kohti, jolloin viivakuorman yksikkö on kn/m. Teoriassa viivakuorma muodostuu puristettaessa sylinterimäisiä kappaleita yhteen, jolloin kohtaamisalueen muoto on viiva. Käytännössä molemmat telat ja paperi puristuvat kasaan nipissä ja kuormitus jakautuu laajemmalle alueelle, jolloin nipin aiheuttama kuormituspaine pienenee nipin pinta-alan kasvaessa. Viivakuorman yksikkö kn/m on siten vain nippitapahtumaa kuvaava suure, eikä siitä voida suoraan todeta nipissä vaikuttavia todellisia voimia ja paineita. (Räntilä 2006, 16.) Koska kuormitus tapahtuu vain tambuurin päistä, viivakuormaprofiili muodostuu poikkisuunnassa hieman epätasaiseksi, sillä tambuurirauta taipuu kuormituksen alaisena ja viivakuorma poikkisuunnassa keskellä on hieman reunoja alhaisempi. Periaatekuva viivakuorman poikkisuuntaisesta jakautumisesta on esitetty kuviossa 7. Kuvio 7: Viivakuorman NL jakautuminen poikkisuunnassa konerullauksessa

18 18(85) Viivakuorman tasoa määriteltäessä minimitaso määräytyy riittävän konerullan kovuuden ja rullaimen kitkojen mukaan. Viivakuorman maksimitaso taas määräytyy siten, että rullausnippi ei saa ruhjoa paperia ja aiheuttaa reunarepeämiä. Liian kova viivakuorma yhdistettynä paksuusprofiilivirheisiin lisää katkoriskiä rullaimella. Ihanteellisen tambuurin rakenteen saavuttamiseksi joudutaan kuitenkin käyttämään melko kovia viivakuormia varsinkin pohja-alueella kerrosten välisen luistamisen estämiseksi. Aivan rullauksen alussa viivakuorman lisääminen ei kovalla rullaussylinterillä tuo konerullaan lisää kovuutta, sillä kovalla rullaussylinterillä viivakuorman toimintamekanismi vaatii paperikerrosten tuomaa elastisuutta rullausnipissä toimiakseen. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Nippitapahtuma Tutkimusta nippitapahtuman mallintamiseksi on tehty jo pitkään, ja ensimmäiset mallit ovat vuodelta 1882 (Roisum 1998, 111). Matemaattisten mallien kehittymisen myötä paperirullan käyttäytymistä rullauksessa ymmärretään yhä paremmin. Rullauksen mekaniikka on kuitenkin niin monimutkaista, että sen mallintaminen ei vieläkään koneellisesti onnistu, koska mekaniikasta tulee nopeasti todella monimutkaista, kun paperirullan ajatellaan koostuvan kerroksista. (Ärölä 2006, 16.) Erityisesti Marko Jorkaman ja Raimo von Hertzenin vuosina julkaisemat nippikontaktimallit ovat vieneet kehitystä eteenpäin tällä vuosituhannella. Vieläkin yksityiskohtaisemmin paperin luistamista ja kerroksittaista rakennetta nippitapahtumassa on käsitellyt Kilwa Ärölä (2006) väitöskirjassaan. Matemaattiset rullausmallit voivat kuitenkin ainoastaan auttaa ymmärtämään rullausnipissä paperille tapahtumia ilmiöitä ja rullan rakenteen kehittymistä eikä niiden avulla voida ratkaista usein ei-ideaalisista olosuhteista johtuvia rullausongelmia. Mallien avulla voidaan kuitenkin suunnitella rullien tavoiteltua rakennetta etukäteen rullausparametrien suhteen. Viivakuorman vaikutusmekanismi kovalla rullaussylinterillä Viivakuorman toiminta perustuu kahden eri säteen aikaansaamiseen tambuurissa rullausnipin alueella. Rullausnipissä paperi puristuu tambuuriraudan puolelle tietylle säteelle. Nipin jälkeen paperin viskoelastiset ominaisuudet pyrkivät palauttavat paperiker-

19 19(85) roksen säteen entiselle tasolle, jolloin paperiin kohdistuu radan suuntaisia venyttäviä voimia. Pienikin muutos säteissä aiheuttaa paperiin suuria venyttäviä voimia, ja juuri siihen perustuu viivakuorman tehokkuus konerullan tiukkuuden muodostamisessa. Joissain rullausmallinnuksista on käynyt kuitenkin ilmi, ettei mekanismi välttämättä ole näin yksinkertainen ja ettei rullaustiukkuus riipu materiaalin Poissonin luvusta (Jorkama 2001, 93). Viivakuorman vaikutusmekanismia kovapintaisella rullaussylinterillä on havainnollistettu kuviossa 8, jossa r 1 ja r 2 ovat nipin aiheuttamasta puristuksesta konerullaan syntyvät eri säteet. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Kuvio 8: Viivakuorman vaikutusmekanismi kovalla rullaussylinterillä Viivakuorman vaikutusmekanismi pehmeällä rullaussylinterillä Pehmeällä rullaussylinterillä viivakuorman vaikutusmekanismi on erilainen kovaan rullaussylinteriin verrattuna. Pehmeällä rullaussylinterillä valmistuva tambuuri painuu vain vähän tai ei ollenkaan kasaan, sillä rullaussylinterin pinta ottaa viivakuorman vastaan ja painuu vastaavasti kasaan. Pehmeällä rullaussylinterillä paperin kokemat venytykset tapahtuvat enimmäkseen sylinterin puolella paperin kulkiessa nipin läpi, jolloin kokoonpuristuvan rullaussylinterin aiheuttama paikallinen nopeuden epäjatkuvuuskohta aiheuttaa paperiin radansuuntaisia kiristäviä voimia (Jorkama 2001, 16). Paperia kiristävä vaikutus ei ole samalla viivakuormatasolla suoraan verrannollinen kovaan rullaussylinteriin, sillä vaikutusmekanismi on erilainen. Pehmeällä rullaussylinterillä rullausnipin

20 20(85) pituus on suurempi kovaan sylinteriin verrattuna, jolloin nipin paperiin kohdistama paine on huomattavasti pienempi (Jorkama 2001, 76). Nippitapahtumaa pehmeällä rullaussylinterillä on havainnollistettu kuviossa 9. Kuviossa 9 v 1 on kehänopeus ennen nippiä ja v 2 on kehänopeus nipissä. Kuvio 9: Viivakuorman vaikutusmekanismi pehmeällä rullaussylinterillä Ratakireys Ratakireys T (Tension) muodostetaan nopeuserolla rullaussylinterin ja sitä edeltävän laitteen esimerkiksi kalanterin välillä. Ratakireyden yksikkö on N/m. Ratakireyden merkitys itse konerullan tiukkuuteen on varsin pieni verrattuna muihin rullausparametreihin, jos rullausnipissä ei esiinny luistoa. Ratakireyden merkitys rullauksen onnistumiselle muodostuu radan hallinnan kautta. Ratakireyden riittävällä tasolla varmistetaan levitystelan oikea toiminta, ehkäistään vekkien syntyminen rataan sekä varmistetaan riittävä pito rullaussylinterin ja paperin välillä ja siten rullausnipin pitävyys. Jos rullausnippi alkaa luistaa, menetetään viivakuorman tuoma tiukkuus konerullaan, sillä ilman pitoa ratakireys luistaa läpi nipin. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Ratakireydelle kannattaa etsiä pidon kannalta riittävä taso, mutta kireyden nostaminen tämän tason yläpuolelle ei ole järkevää, sillä vaikutus konerullan tiukkuuteen on pieni, katkoriski lisääntyy ja paperin ominaisuuksia menetetään. Ratakireys on liian alhainen

21 21(85) silloin, jos rata on selvästi pussilla tai radan reunat lepattavat. Liian suuri ratakireys saattaa lisätä katkoja ja huonontaa paperin venymää. Ratakireyden aiheuttamien katkojen kannalta ollaan turvallisella alueella, kun paperin vetolujuus on 5 10-kertainen ratakireyteen verrattuna (Airola ym. 1999, 146). Esimerkiksi jos paperin vetolujuus on 2,1 kn/m, maksimi suositeltava ratakireys voidaan laskea kaavalla (1) 2100 N/m T max = vetolujuus = = 420 N/m (1) 5 5 jossa T max on suositeltava maksimiratakireys esimerkkitapauksessa. Kireysmittauksen toimivuuden varmistaminen takaa ratakireyden säädön toimivuuden ja tasaisuuden. Konerullan rakenteen kannalta ratakireystaso tulisi olla tasainen koko rullauksen ajan, ainoastaan aivan pintarakenteen muodostamiseen ratakireyden nostaminen on tehokasta (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007). Toisaalta taas hanhenkaulavaihtojen yhteydessä ratakireys usein pudotetaan nk. vaihtokireydelle, jotta vaihtopuhallus irrottaa nopeammin kiilan radan keskeltä, kun rata on hieman löysemmällä Kehävoima Kehävoima PF (Peripheral force) muodostetaan momenttisäätöisellä sähkökäytöllä tambuuriraudan välityksellä. Kehävoiman lisäksi keskiökäytöllä säädetään myös tambuurin oikea pyörimisnopeus rullaussylinterin suhteen. Kehävoiman yksikkö on N/m. Kehävoiman paperiin aiheuttama rasitus on tangentiaalista ja radan suuntaista. Tambuurin massalla ei ole vaikutusta kehävoiman säädössä, sillä käytön säätö tapahtuu tambuurin pinta-arkkiin kohdistuvan voiman avulla. Kehävoiman voidaan ajatella muodostavan paikallisen, kehävoiman suuruisen ratakireyden tambuurin pinta-arkkiin rullausnipin jälkeen nopeuseron avulla. Kuviossa 10 esitetyn periaatteen mukaisesti muodostuu pisteiden a ja b välille tangentiaalinen, kehävoiman PF suuruinen veto. Veto aikaansaadaan sähkökäytön momentin M avulla konerullan välityksellä. Momentti M on riippuvainen tambuurin säteestä r ja voimasta PF kaavan (2) mukaisesti. Sähkökäytölle lasketaan jatkuvasti tarvittava mo-

22 22(85) mentti M kierrosnopeuden ja säteen r avulla, jolloin saadaan pintanopeuseron avulla pisteiden a ja b välille pyydetty kehävoima. Vakio kehävoimalla keskiökäytön kuormitus siis kasvaa lineaarisesti konerullan halkaisijan kasvaessa, koska tarvittava momentti kasvaa. M = PF r (2) PF = kehävoima r = tambuurin säde Kehävoima ilmoitetaan yksikössä N/m, jossa voima on jaettu leveysyksikköä kohti. Momenttia laskettaessa käytetään kuitenkin kokonaisvoimaa, jolloin yksikkö on N. Kuvio 10: Kehävoiman yhteys momenttiin rullauksessa Kehävoiman vaikutus kohdistuu ensisijaisesti tambuurin pinta-arkkiin, mutta kehävoiman kiristävä vaikutus ulottuu syvemmälle konerullaan paperin pituussuuntaisena vetona, josta aiheutuu nk. narukeräefekti. Kehävoiman toiminta edellyttää konerullan pintakerroksilta liikkumisen mahdollisuutta rullauksen edetessä. Liian kovalla viivakuormalla onkin haitallinen vaikutus kehävoiman toimintaan, mutta vaikutuksen suuruutta on erittäin vaikeaa arvioida. Kehävoiman vaikutus konerullan tiukkuuteen on viivakuormaa pienempi, mutta huomattavasti suurempi kuin ratakireyden (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007). Paperin kitkalla on oleellinen vaikutus kehävoiman toimivuuteen. Papereilla, joilla on alhainen kitkakerroin, kehävoima on todella tehokas ja käyttökelpoinen rullausparametri. Myös luettelopaperilla kehävoiman havaittiin toimivan hyvin. Tyypillisesti kehävoimaa käytetään paljon rullauksen alussa kovan pohjarakenteen aikaansaamiseksi konerullaan. Kehävoimalla voidaan osittain korvata viivakuorman vaikutusta ja päinvastoin. Tarpeettoman suuri kehävoima rasittaa turhaan paperia ja haittavaikutukset ovat samat kuin liian suurella ratakireydellä. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.)

23 23(85) Parametrien yhdistelmäkäyttö Rullausparametreille voidaan toisen sukupolven rullaimilla asettaa arvoja ohjausjärjestelmän avulla käyrämuodossa konerullan halkaisijan mukaan. Ratakireyttä ei yleensä ole tarvetta säätää halkaisijasta mukaan, sillä kireystaso on edullista pitää vakiona vaihtotapahtumaa lukuun ottamatta. Viivakuormaa ja kehävoimaa sen sijaan säädetään yleensä pohjalta pintaan päin laskevilla käyrillä nk. kovan pohjan mallin mukaisen rakenteen aikaansaamiseksi konerullaan. Parametreja ja käyriä yhdistelemällä saadaan lähes rajaton joukko erilaisia rullausmalleja. Rullausparametrien käyttöä rajoittavat yleensä paperin kestävyys sekä rullaimen ja käyttöjen ominaisuudet. Näiden raja-arvojen ja samantyyppisten paperilajien rullausparametrien avulla kannattaa parametreja uudelle laitteistolle tai lajille lähteä etsimään. Toimivien rullausparametrien löydyttyä parametreista kannattaa hakea mahdollisimman kevyet toimivat versiot, jotta paperia rasitetaan mahdollisimman vähän. Rullausparametrien virittäminen uusissa tilanteissa on paperiteollisuudessa tyypillinen optimointiongelma, eivätkä muutosten ristikkäisvaikutukset ole aina ennustettavissa. Erilaisten yhdistelmien ja tasojen löytäminen eri paperilajeille vaatii koeajoja, mutta oikeiden tasojen löydyttyä samat arvot yleensä toimivat samantyyppisellä paperilajilla, jos rullaintyyppi on sama. Konerullan rakenteen optimointiin kannattaa käyttää aikaa, sillä hyvällä konerullan rakenteella saadaan vähennettyä hylkymääriä ja konelinjan tehokkuus paranee. 2.4 Konerullan rakenne Säteen suuntainen rakenne Ihanteellinen konerullan rakenne on pohjalta pintaan päin löysenevä. Aivan pintakerrosten tulisi kuitenkin olla riittävän tiukalla, jotta konerullan pinta pysyy koossa jarrutuksessa. Konerullalle saadaan yleensä hyvä rakenne, kun pohja-alue rullataan riittävän tiukalle. Pohja-alueeseen kohdistuvat tambuurin kasvaessa suurimmat voimat, joten sen

24 24(85) on oltava riittävän tiukka ja luistamaton kestääkseen rasitukset. Välialueella tasainen tai loivasti pintaa kohti laskeva paine ovat suositeltavia. Konerullan kovan pohjan mallin rakenne on esitetty kuviossa 11. (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2003, 221; VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Kuvio 11: Konerullan säteen suuntaisen rakenteen eri mallit (Airola ym. 1999, 156) Jos konerullan rakennetta ei saada viattomaksi kovan pohjan mallia käyttämällä, kannattaa harkita nk. pehmeän pohjan mallin käyttöönottoa. Pehmeän pohjan mallissa konerullan aivan pohjalle rullataan tarkoituksellisesti todella löysä kerros. Konerullan koon kasvaessa pohjalle kohdistuvat rasitukset kohdistuvat tähän tahallisesti löysälle rullattuun osuuteen, jolloin loppurullasta tulee laadultaan hyvä (Airola ym. 1999, 156). Pehmeän pohjan mallin onnistunut hyödyntäminen edellyttää riittävän löysää ja riittävän kokoista huonoa aluetta konerullan pohjalle, jotta rasitukset varmasti siirtyvät konerullan rakenteen läpi pohjalle. Pehmeän pohjan malli luonnollisesti lisää pohjahylyn määrää, mutta parantaa ennustettavuutta, jos rakenne saadaan toimimaan tarkoituksenmukaisesti. Pehmeän pohjan mallin rakenne on myös esitetty kuviossa 11.

25 25(85) Yleisesti rullauksessa tulee välttää kaikenlaisia epäjatkuvuuskohtia, sillä rullausvikoja syntyy herkästi näihin kohtiin. Epäjatkuvuuskohtia voi olla niin radan poikkisuunnassa kuin säteen suunnassakin. Rullauksessa vaikuttavat sisänipin sykliset voimat pyrkivät liikuttamaan paperikerroksia keskenään ja aiheuttamaan rullausvikoja. Kova pohjakerros ehkäisee rullauksessa vaikuttavien suurien voimien haitallisia vaikutuksia. Liiallinen kokonaiskovuus läpi koko konerullan säteen kuitenkin vahvistaa sisänipin aiheuttamaa kuormitusta ja lisää vikaantumisriskiä (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2003, 222). Pohjakerroksen kovuuden muodostamiseen käytetään viivakuorman ja kehävoiman yhdistelmää. Rullaussylinterin ominaisuuksista mukaisesti voidaan käyttää pelkästään laskevaa viivakuormakäyrää tai viivakuorman ja kehävoiman yhdistelmää. Pehmeällä rullaussylinterillä viivakuorma toimii heti pohjalta asti, kun taas kovalla rullaussylinterillä aivan tambuurin pohjalla tarvitaan yleensä kehävoiman käyttämistä. Liukkailla lajeilla kehävoiman käyttäminen on välttämätöntä kovan pohjan aikaansaamiseksi. Optimaalinen konerullan rakenne riippuu paperilajista ja tambuurin halkaisijasta ja myös käytettävissä olevien tambuurirautojen halkaisijasta. Oikea konerullan rakenne kestää ylempien kerrosten paineen koko säteen matkalla, eivätkä paperikerrokset pääse liikkumaan keskenään syklisten rasitusten ansiosta. (Airola ym. 1999, 155.) Sisänippi Sisänipillä tarkoitetaan rullatun paperimassan tambuuriraudalle aiheuttamaa kuormitusta ja vastaavasti tästä kuormituksesta aiheutuvan tukivoiman paperiin kohdistuvaa kuormitusta. Sisänipin aiheuttamat voimat ovat luonteeltaan syklisiä, sillä sisänipin aiheuttava painovoima vaikuttaa tambuuritelan yläpuolisella alueella ja pyöriessään paperikerros menee jaksottaisesti tämän alueen yli. Tambuuriraudan taipuessa sisänippi kohdistaa tiukkaan rullattuun paperimassaan rasitusta, joka on suurimmallaan tambuurin reuna-alueilla ja suuntautuu ylöspäin. Reunaalueilla sisänipin paperille aiheuttama kuormitus nousee väistämättä, sillä paperimassan antama tukivoima loppuu. Sisänipin kuormituksen keskittyminen reunoille selittää osaltaan sen, miksi rullausvikoja löytyy yleensä eniten tambuurin reuna-alueilta. Tambuurin

26 26(85) poikkisuunnassa keskellä sisänipin aiheuttama voima taas kohdistuu alaspäin tambuuriraudan taipumisen johdosta. Sisänipin aiheuttamat kuormitukset on esitetty periaatteellisesti kuviossa 12. (Airola ym. 1999, 154.) Kuvio 12: Sisänipin aiheuttamat kuormitukset (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007) Tambuurin säteen suunnassa keskialueista kannattaa tehdä pohjaa löysempi, koska silloin paperimassa pääsee hieman taipumaan ja sisänipin aiheuttama kuormitus jakautuu tambuuriraudalle tasaisemmin poikkisuunnassa. Tätä ilmiötä on havainnollistettu kuviossa 13. Kuvio 13: Konerullan rakenteen vaikutus sisänipin kuormitusten jaukautumiseen (Airola ym. 1999, 155)

27 27(85) Tambuurirautojen halkaisijan kasvattaminen ja tambuurien kokonaishalkaisijan pienentäminen vähentävät sisänipin haitallista vaikutusta, mutta vaikuttavat samalla hyötysuhteeseen haitallisesti. Sisänipin aiheuttamat kuormat aiheuttavat helposti rullausvikoja tambuurin epäjatkuvuuskohtiin. Rullausvikoja syntyy helpoiten niihin kohtiin, joissa sisänipin aiheuttaman kuormituksen muutosnopeus radan poikkisuunnassa on suurin. Sisänipin haitallisia vaikutuksia voidaan ehkäistä tekemällä konerullan rakenteesta kovapohjainen. Pohjalta riittävän tiukalle rullattu tambuuri kestää paremmin sisänipin aiheuttamat sykliset kuormat. Sisänipin vaikutusten ehkäisemisessä olennaista on välttää vika-alttiiden epäjatkuvuuskohtien syntymistä rullauksessa. (Airola ym. 1999, ; VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Konerullaan kohdistuvat voimat Rullauksen aikana paperiin ja tambuuriin kohdistuu monia voimia, jotka voidaan jakaa puristaviin säteen suuntaisiin voimiin ja tangentiaalisiin radan suuntaisiin voimiin (Airola ym. 1999, ). Rullauksessa vaikuttavia rasituksia on mahdollista mallintaa matemaattisilla rullausmalleilla. Viivakuorman muodostamiseen käytettävä hydraulinen paine painaa tambuuria rullausnippiä vasten, mistä aiheutuu paperikerroksiin syklinen puristava kuormitus. Myös painovoimasta aiheutuva sisänippi aiheuttaa paperiin syklisiä, viivakuormaa huomattavasti suurempia kuormituksia. Sisänipin aiheuttamat kuormitukset voivat olla jopa yli 100 kn/m, konerullan massasta riippuen (Airola ym. 1999, 149). Säteen suuntaiset sykliset kuormitukset pyrkivät liikuttamaan paperikerroksia myös radan suuntaisesti ja erityisesti löysät ja muut epäjatkuvuuskohdat konerullassa vikaantuvat. Tyypillinen sisänipin aiheuttama rullausvika on pussirynkky. Paperin pinta-arkkiin kohdistuu rullausnipin, kehävoiman ja ratakireyden aiheuttamia paperiradan suuntaisia venyttäviä voimia, joiden kiristävä vaikutus ulottuu osittain myös pinta-kerrosten alle. Kehävoima kohdistuu keskiövetoisesti koko tambuuriin ja momentti välittyy pinnalle paperikerrosten välisen kitkan avulla.

28 28(85) Konerullaa koossapitävää painetta kutsutaan radiaalipaineeksi, ja siitä aiheutuva voima suuntautuu ulkokerroksista tambuurin sisälle. Radiaalipaineen aiheuttama tambuuriraudan tukivoima toimii paperikerrosten välisen kitkavoiman tukivoimana, joten tambuurin rullaustiukkuus vaikuttaa suoraan kerrosten välisen luiston esiintymiseen. Tähän perustuu suuremman rullaustiukkuuden vaikutus pussirynkkyjen vähentämisessä. Tambuurin pohjalle kohdistuvat kaikkein suurimmat voimat, sillä suurin osa paperin massasta on näiden pohja-alueiden yläpuolella. Tambuurin koon kasvaessa pohjakerroksiin kohdistuvat sykliset voimat kasvavat massan kasvaessa. Tambuurin kiihdytyksissä ja jarrutuksissa kerroksiin kohdistuu normaalien voimien lisäksi kiihtyvyydestä aiheutuvia lisärasituksia. Kiihdytyksien ja jarrutuksien kestoajat vaikuttavat voimien suuruuteen Konerullan rakenteen arviointi Konerullan säteen suuntaisen rakenteen arviointi tai mittaaminen valmiista konerullasta on vaikeaa. Virheellisestä konerullan rakenteesta johtuvia rullausvikoja ei yleensä voi konerullasta mitenkään visuaalisesti havainnoida tai mitata. Rullausviat ilmenevät monesti vasta katkoina leikkurilla, tarkastuksissa tai pahimmassa tapauksissa valituksina asiakkaalta. Konerullan rakennetta voi kuitenkin arvioida silmämääräisesti konerullan päistä ja poikkisuuntaiset profiiliviat näkyvät ja tuntuvat tambuurin pinnalla. Esimerkiksi tähtikuvio konerullan päässä kertoo virheellisestä säteen suuntaisesta rakenteesta. Usein myös erilaiset sivuttaisheitot ja siirtymät kertovat epäjatkuvuuskohdista rullauksessa ja mahdollisista vikakohdista. Aina vikoja ei kuitenkaan voida havaita, tai ne syntyvät konerullaan vasta seuraavassa aukirullauksessa. Konerullan kovuus Konerullan kovuutta voidaan mitata erilaisilla menetelmillä. Esimerkiksi Paro Roll Tester tai TAPIO RQP ovat erittäin käyttökelpoisia poikkisuuntaisen kovuusprofiilin mittauksessa. Jonkinlainen tuntuma kovuuteen saadaan myös Schmidt Hammerilla tai puukepillä koputtelemalla. Näillä mittausmenetelmillä ei kuitenkaan päästä kovin syvälle

29 29(85) konerullan rakenteeseen. Mittaamalla konerullan kovuutta leikkurilla muuttojen väleistä voidaan arvioida karkeasti konerullan säteen suuntaista kovuusprofiilia ja rakennetta. J-linja-testi Jos epäillään luistamista, voidaan konerullan päähän piirtää säteen suuntaisia viivoja ja havainnoida nk. J-linja-testin avulla, pysyvätkö linjat suorina. J-linja-testejä voidaan tehdä myös pyörivään tambuuriin, jolloin nähdään, tapahtuuko luistamista jo rullauksen aikana. J-linja-testien avulla nähdään leikkurilla valmistuvista asiakasrullista hyvin nippivoimien kiristävän vaikutuksen ulottuminen myös ylimpien kerroksien alapuolelle. J- linjat taipuvat yleensä tangentiaalisen kiristymisen suuntaan rullan pinnassa, mutta rullan pohjalla viivan taipumissuunta riippuu paperin tiheydestä ja rullausparametreista. (Paanasalo 2005, 83.) Pohjalla tapahtuvat siirtymät ovat selvä merkki kerrosten välisestä luistosta rullauksen aikana, jolloin kitkavoimat eivät riitä pitämään rullan pohjaa liikkumattomana. Kuviossa 14 on esitetty esimerkki J-linja-testiviivasta asiakasrullan päässä. Kuvio 14: Esimerkki J-linja-testistä asiakasrullan päässä Metso iroll Metson iroll-mittausmenetelmä mahdollistaa konerullan kovuusprofiilin jatkuvan mittaamisen myös konesuunnassa. iroll-järjestelmällä on mahdollista mitata konerullan todellista kovuutta online-mittauksena, mikä mahdollistaa esimerkiksi online-kalanterin

30 30(85) ajamisen konerullan kovuusprofiilin mukaan paksuusmittarin sijaan. Konesuuntaisesta kovuusprofiilista saadaan konerullan säteensuuntainen rakenne hyvin esille ja samalla poikkisuuntaiset profiiliviat on helppo paikallistaa. (Metso Paper Oy 2006.) iroll-mittauslaitteisto koostuu rullaussylinteriin asennettavasta anturiliuskasta, joka asennetaan kiertäen. Anturi mittaa siihen kohdistuvaa viivakuormaa, ja siten saadaan mitattua konesuuntainen viivakuormaprofiili sylinterin pyöriessä. Poikkisuuntainen profiili saadaan laskettua kierretyn liuskan kulmapositioiden avulla. Tiedonsiirto tapahtuu langattomasti sylinterin päästä. iroll-anturit on mahdollista asentaa myös väliaikaisesti esimerkiksi levitystelan ympärille, jolloin saadaan mitattua kireysprofiili. (Metso Paper Oy 2006.) Esimerkki iroll-laitteiston tuottamasta profiilimittauksesta on esitetty kuviossa 15. Kuvio 15: Esimerkki iroll-mittauksen profiileista (Metso Paper 2006, 3)

31 31(85) 2.5 Paperin ominaisuudet rullauksessa Kitka Kitka fysikaalisena ominaisuutena Kitkavoiman ajatellaan perinteisesti muodostuvan kaavan (3) mukaisesti kitkakertoimen ja tukivoiman tulona. Kaavassa (3) F N on tukivoima ja µ on kitkakerroin ja F syntyvä kitkavoima. Rullauksessa kitkakertoimena käytetään yleensä lepokitkaa µ s, koska liikkeet esimerkiksi konerullan sisällä eivät ole jatkuvia. Kitkavoima vastustaa liikettä ja sen suuruus on täsmälleen tarvittavan vastavoiman verran siihen asti, kunnes kitkakertoimen ja tukivoiman tulona saatava maksimivoima ylittyy ja kitkavoima ei riitä enää vastustamaan liikettä. F = µ F N (3) Klassisessa mekaniikassa kitkakertoimeen eivät vaikuta tukivoiman suuruus ja paine (Kainulainen, Kajanto & Laamanen 1998, 111). On myös huomattava, että kitkavoimaan F ei klassisen fysiikan ja kaavan (3) mukaan vaikuta näennäinen pintojen välinen ala A a. Esimerkiksi konerullassa olevien kerrosten välinen ala ei siten suoraan ole yhteydessä kerrosten väliseen kitkavoimaan. (Garoff 2002, 4.) Kaikkien materiaalien pinta on atomitasolla karhea. Kahden pinnan välisen todellisen kontaktialan A r voidaan ajatella muodostuvan mikroskooppisten huippujen kontaktien summana. Tätä on havainnollistettu kuviossa 16. Pintojen välinen todellinen kontaktiala on riippuvainen pinnan muodoista, materiaalin ominaisuuksista ja pintojen kuormituksesta. Pintojen joutuessa kuormituksen alaiseksi kuormitus kohdistuu ensin vain pieneen osaan huipuista. Materiaalin ominaisuuksien mukaan nämä huiput painuvat kasaan kuormituksen ylittäessä paikallisesti materiaalin lujuuden, jolloin tapahtuu elastisia, elastoplastisia, viskoelastisia tai viskoplastisia muodonmuutoksia. Muodonmuutosten ansiosta todellinen kontaktipinta-ala kasvaa. (Garoff 2002, 4.) 1,2,3 1 Alkuperäinen lähde: F. P. Bowden and D. Tabor, The friction and Lubrication of Solids, Clarendon Press Oxford, 1964, Vol Alkuperäinen lähde: B. Bhushan, Principles and Applications of Tribology, Wiley-Interscience, Alkuperäinen lähde: V. V. Tsukruk, V. N. Bliznyuk, J. Hazel and D. Visser, Organic Molecular Films under Shear Forces: Fluid and Solid Langmuir Monolayers, Langmuir, 12, 1996,

32 32(85) Kuvio 16: Pintojen välisen todellisen kontaktialan muodostuminen huippukohtien kohtaamispisteiden summana (Garoff 2002, 4) Adheesio on kahden pinnan välinen vetovoima, joka vaikuttaa pintojen ollessa kosketuksissa. Adheesion suuruus on käänteisarvo kahden pinnan erottamiseen tarvittavasta energiasta ja siten riippuvainen materiaalien pintaenergioista. Adheesio koostuu kemiallisista vetovoimista, esimerkiksi vetysidoksista ja elektrostaattisista sidoksista, sekä fysikaalisista vuorovaikutuksista, kuten Van der Waals -voimista. Kemialliset voimat ovat yleensä fysikaalisia voimakkaampia. Adheesiovoimat vaikuttavat vain todellisissa kontaktipisteissä. Adheesion vaikutus kitkaan on suuri, sillä kontaktipisteiden irrottamiseen tarvittava leikkausvoima vaikuttaa kitkavoimaan. Myös vesihöyryn kondensoitumisesta aiheutuvat kapillaarivoimat vaikuttavat paperipintojen välillä. (Garoff 2002, 6.) Jos kitkan ajatellaan koostuvan vain huippupisteiden välisestä adheesiosta, voidaan kitkavoima F kirjoittaa yksittäisten huippupisteiden kitkavoimien summana (4) seuraavasti F = n i= 1 n f i = a τ (4) i= 1 i i jossa f i on yhden huippukohdan kitkavoima, a i on huippukohdan kontaktiala ja τ i on huippukohtien välinen leikkausvoima pinta-alaa kohti. Todellinen kontaktiala A r koostuu huippujen kontaktialojen summasta. Jos lisäksi τ on huippujen leikkausvoimien keskiarvo, voidaan kitkavoima kirjoittaa yksinkertaisemmin kaavalla (5). (Garoff 2002, 7).

33 33(85) F = A r τ (5) Jos normaalivoima F N on todellisen kontaktialan A r ja todellisen paineen keskiarvon p r tulo, voidaan kaavojen (3) ja (5) avulla ilmaista kitkakerroin kaavalla (6) (Garoff 2002, 7). F F r µ = = = N A τ A p r r τ p r (6) Kaavasta (6) huomataan kitkakertoimen riippuvan siten vain adheesion aiheuttamista leikkausvoimista ja todellisesta paineesta. Saman kaavan kitkalle esittävät myös Kainulainen ym. (1998, 111). Kaavassa (6) ei kuitenkaan oteta huomioon kaikkia kitkaan vaikuttavia seikkoja, kuten kuormituksesta johtuvaa kontaktipinta-alan kasvua. Pelkästään adheesioon perustuva kitka on siten vain karkea arvio kokonaiskitkasta. Kitkaan vaikuttavat lisäksi pintojen välillä olevat mahdolliset liukasteet, jotka voivat olla hiukkasmuodossa tai nestefilminä. Mahdollisten liukasteiden jakautuminen ja pysyvyys ovat lisäksi vaikeasti ennustettavissa. (Garoff 2002, 7 9.) Paperi on viskoelastinen aine. Viskoelastisten aineiden kitka eroaa kaikkien muiden aineiden kitkasta. Viskoelastisten aineiden kokonaiskitkan µ i voidaan ajatella muodostuvan kahdesta komponentista, adheesiosta johtuvasta kitkasta µ a ja muodonmuutoksista johtuvasta kitkasta µ d, kaavan (7) mukaisesti. (Geroff 2002, 8.) µ + i = µ a µ d (7) Muodonmuutoksista johtuva kitka µ d voi olla merkittävässä osassa viskoelastisten aineiden välisessä kitkassa. µ d muodostuu mikroskooppisten pinnankarheuden komponenttien murtumisesta pintojen liikkuessa ja erikovuisten pintakomponenttien kyntämisestä toistensa sisään. (Geroff 2002, 8.) Paperin kitka Runsaista tutkimuksista huolimatta paperin kitkan muodostumista ei vieläkään täysin ymmärretä. Osa tutkimuksista on päätynyt pitämään kitkaa lähinnä pinnankarheudesta johtuvana ominaisuutena, osa taas on tullut siihen lopputulokseen, että kitka johtuu pää-

34 34(85) osin adheesiosta (Geroff 2002, 13). Paperin kitka on siten todennäköisesti näiden kahden ilmiön jonkinlainen yhdistelmä. Kitkan muodostumisen on todettu riippuvan myös dynaamisista olosuhteista, joskin niiden vaikutus adheesioon verrattuna on pientä (Kainulainen ym. 1998, 111). Vaikka paperin kitkan olemusta ei täysin ymmärretä, tiedetään monia seikkoja, jotka vaikuttavat paperin kitkaan. Esimerkiksi kosteuden nousun on todettu kasvattavan kitkakerrointa. Kosteuden nousemisen on arveltu lisäävän pinnan kokoonpuristuvuutta ja siten todellista kontaktipinta-alaa. On myös mahdollista, että kosteuden nouseminen lisää kuitujen välistä adheesiota (Kainulainen ym. 1998, 111). Kosteuden lisäksi kitkaan vaikuttavat kuitujen kemiallinen koostumus, uuteaineiden määrä ja esimerkiksi kierrätysmassan mukana tulevat epäpuhtaudet. Uuteaineiden ja epäpuhtauksien määrän kasvaessa kitka yleensä pienenee, vaikka jotkut tietyt uuteaineet voivatkin nostaa kitkaa. Erityisesti rasvaliukoisten aineiden, joilla on alhainen molekyylimassa, eli nk. LLC-aineiden (Low-molecular-mass Lipophilic Compounds) on todettu alentavan paperin kitkaa. Kierrätysmassan mukana voi tulla LLC-aineiden lisäksi metalleja, sideaineita, musteiden öljyjä, adhesiiveja, akrylaatteja, styreeneja ja polyetyleenejä. Metallit eivät liukene ja muodostavat suoloja, jotka tarttuvat kuituihin. (Geroff 2002, 12 13; Kainulainen ym. 1998, 111.) LLC-aineiden vaikutusta kitkaan on tutkittu, mutta vaikutusmekanismia ei ole saatu selville. LLC-aineet voivat vaikuttaa paperin pintaenergiaan alentavasti, jolloin adheesio pienenee. Toisaalta on ehdotettu, että LLC-aineet toimisivat rajapinnassa liukasteaineiden tavoin pienentäen paperipintojen välistä todellista pinta-alaa. Vaikka LLC-aineiden onkin todettu yleensä alentavan kitkaa, kierrätysmassan osuuden lisääminen voi myös vaikuttaa kitkaa nostavasti epäpuhtauksien pintakemiaa muuttavien ominaisuuksien johdosta. Kierrätysmassan komponenttien vaikutus kitkaan on monimutkainen ja prosessikohtainen. (Geroff 2002, 14.) Täyteaineiden ja pigmenttien on myös todettu vaikuttavan kitkakertoimeen. Täyteaineet voivat joko alentaa tai nostaa paperin kitkaa pigmenttien ominaisuuksien mukaisesti. Levymäisten pigmenttien, joilla on pieni kokonaispinta-ala ja huokoisuus, on todettu alentavan kitkaa. Tällaisia levymäisiä pigmenttejä ovat esimerkiksi kaoliini ja talkki. Pallomaisten pigmenttien, joilla on suurempi kokonaispinta-ala ja huokoisuus, on todet-

35 35(85) tu lisäävän paperin kitkaa. Tällaisia pallomaisia pigmenttejä ovat esimerkiksi synteettiset silikaatit. (Kainulainen ym. 1998, 112.) Erilaisia synteettisiä silikaatteja ja aluminaa käyttäen on kehitetty erityisiä kitkapigmenttejä, joiden avulla paperin kitkakerrointa voidaan nostaa. Tällaisia kaupallisia pigmenttejä (valmistaja on ilmoitettu suluissa) ovat esimerkiksi: Nyacol 9950 (EKA) Ludoxm CLX (DuPont) Nalcoag 7604 LF ja 8668 (Nalco) Fuller WB4772 (H. B. Fuller) Dispal 11N7-12 (Vista) Hydrex P (Huber). (US Patent ) Paperin kitkan mittaaminen Paperin kitkan monimutkaisen luonteen vuoksi kitkan määrittäminen luotettavasti on myös hankalaa. Paperin kitkaan vaikuttavat esimerkiksi paperin pintaan tarttuvat epäpuhtaudet ja paperin kosketukset sekä hankaukset muihin pintoihin ennen mittausta. Myös mittausolosuhteilla, erityisesti kosteudella, on suuri vaikutus kitkakertoimeen. (Kainulainen ym. 1998, 111.) Yleisimmin käytetty menetelmä kitkan mittaamiseen on nk. liukuvan kelkan menetelmä, jossa voima-anturilla varustettuun kelkkaan kiinnitetään paperia ja vedetään kelkkaa, jonka massa tunnetaan, toisen paperipinnan päällä samalla mitaten voima-anturin lukemaa. Tällöin voidaan laskea paperin kitkakerroin µ käyttäen kaavaa (3), kun voimat F ja F N tunnetaan. Tällä menetelmällä saadaan mitattua sekä lepokitkakerroin µ s että liikekitkakerroin µ k. Menetelmää on havainnollistettu kuviossa 17. Kuvio 17: Kitkan mittaaminen vaakatasossa liukuvan kelkan avulla (Kainulainen ym. 1998, 109)

36 36(85) Mitattaessa paperin kitkaa tällä menetelmällä esimerkiksi viiden mittauksen keskiarvona tulisi ottaa huomion paperin kitkan hystereesinä tunnettu ilmiö. Hystereesillä tarkoitetaan tässä kitkakertoimen muuttumista mittausten määrän kasvaessa ja mittaustavan muuttuessa. Jos liukuvalla kelkalla vedetään aina samaan suuntaan, paperin pinnasta pystyyn nousevat kuidut orientoituvat vedon suuntaan, jolloin kitkakerroin laskee. Jos taas mittauksen suuntaa vaihdetaan mittausten välillä, kitkakerroin ei laske. Tämä ilmiö on esitetty kuviossa 18. Kuviossa R-kokeissa mittauksen vedon suuntaa käännettiin mittausten välillä ja S-kokeissa suunta pidettiin samana. (Geroff 2002, ) Kuvio 18: Paperin kitkan mittaushystereesi (Geroff 2002, 31) Kuviosta 18 huomataan, että jos kitkamittaus suunta pidetään samana, esimerkiksi viiden ensimmäisen arvon keskiarvo ei silloin kuvaa todellista kitkakertoimen arvoa, vaan orientoituneiden näytteiden kitkakertoimen arvoa. Kitkan mittaaminen aina samalla menetelmällä antaa kuitenkin luotettavia tuloksia kitkatason muutoksista, vaikka absoluuttinen kitkakerroin ei olisikaan oikein. Kitkan mittaamisen virheherkkyyden vuoksi mittaamisessa tulisi noudattaa erityistä huolellisuutta tulosten luotettavuuden takaamiseksi.

37 37(85) Paperin kitkan merkitys rullauksessa Rullautuvuuden kannalta paperin kitka on erittäin oleellinen ominaisuus. Erilaisten paperilajien kitkakertoimet ovat yleensä 0,25 0,7 (Kainulainen ym. 1998,111). Paperin kitkakerroin vaikuttaa suoraan paperin kerroksien keskinäiseen liikkumisherkkyyteen kitkavoiman kautta. Jos paperin kerrokset pääsevät liikahtelemaan konerullassa esimerkiksi sisänipin aiheuttamien syklisten kuormitusten kautta, syntyy helposti rullausvikoja, erityisesti pussirynkkyä. Konerullauksen kannalta kitkan on oltava riittävän suuri, jotta konerullan kerrokset eivät pääse liikkumaan. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Paperin kitkakertoimella on kerrosten välisen liikkeen estämisen lisäksi vaikutusta nipin aiheuttamaan rullan kovuuden lisääntymiseen. Korkeampi paperi-paperikitka vähentää Jorkaman (2001, 71) mukaan nipin kiristävää vaikutusta. Lisäksi jos paperin kerrosten välinen kitka on paperin ja rullaussylinterin välistä kitkaa suurempi, häviää rullausnipin teho lähes kokonaan. Kehävoiman kiristävä vaikutus perustuu kerrosten väliseen luistoon, joten kehävoiman toiminnan kannalta erittäin korkeat kitkakertoimet ovat haitallisia. Paperin kitkakertoimeen voidaan jossain määrin vaikuttaa pintakäsittelyllä ja raakaaineilla. Kitkakertoimeen voidaan vaikuttaa täyteainepigmentin valinnoilla ja uuteaineiden määrällä. Kitkakertoimen nostaminen tarpeettoman suureksi saattaa kuitenkin aiheuttaa rullien pomppimista kantotelaleikkureilla ja muita ei-toivottuja ilmiöitä jälkikäsittelyssä. Oikean kitkakertoimen löytämiseksi kyseessä olevalle paperille on siten otettava huomioon muitakin prosesseja kuin rullaus. Paperin kitkakertoimeen ei aina ole mahdollista vaikuttaa. Silloin tulisi pyrkiä lisäämään kerrosten välistä painetta, joka kaavan (6) mukaan vaikuttaa syntyvään kitkavoimaan. Käytännössä paineen lisääminen tarkoittaa konerullan kovuuden kasvattamista. Konerullan kerrosten välisen todellisen kitkan muodostuminen on tässä luvussa esitettyjen seikkojen vuoksi monien tekijöiden summa. Esimerkiksi ilman pääseminen konerullaan vähentää kitkaa huomattavasti, koska ohut ilmakerros toimii liukastavana pintana kerrosten välillä (Roisum 1996, 45). Konerullauksessa staattinen sähkö vaikuttaa myös paperipintojen väliseen käyttäytymiseen. Staattinen sähkö lisää vetovoimaa esimerkiksi paperiradan ja sylinterien välillä,

38 38(85) mikä taas vaikuttaa esimerkiksi nippitapahtumaan. Staattisen sähkön määrä kasvaa paperin kosteuden alentuessa. (Roisum 1996, 45.) Muiden paperin ominaisuuksien vaikutus konerullaukseen Rullautuvuuden kannalta tärkeimmät paperin ominaisuudet ovat: lujuudet kokoonpuristuvuus ilmanläpäisykyky sileys ja kitka profiilien tasaisuus (Airola ym. 1999, ). Paperin rullautuvuutta ei suoraan voida ennustaa paperin ominaisuuksien perusteella, koska konerullauksessa vaikuttavat monet paperista riippumattomat seikat paperin ominaisuuksia enemmän. Erilaiset jälkikäsittelyprosessit ennen rullausta ja mahdolliset päällysteet vaikuttavat rullautuvuuteen paperin pintaominaisuuksien kautta. Paperin neliömassa, paksuus ja erityisesti tiheys vaikuttavat rullauksen toimintaan ja ne tulee ottaa huomioon konerullan rakennetta suunniteltaessa. (Airola ym. 1999, ) Paperin kokoonpuristuvuudella on suuri merkitys viivakuorman toimintamekanismin kannalta varsinkin kovalla rullaussylinterillä, koska viivakuorman kiristävä vaikutus tapahtuu kahden eri säteen muodostamisen kautta. Paperin kokoonpuristuvuus myös lisää paperin kestävyyttä suurille viivakuormatasoille. Ilmanläpäisykyky vaikuttaa lähinnä ilmapussitukseen ja sitä kautta pussirynkkyjen esiintymiseen konerullassa. Heikosti ilmaa läpäisevillä paperilajeilla ilmapussitusta voi esiintyä jo 800 m/min ajonopeuksilla, kun taas esimerkiksi hyvin ilmaa läpäisevällä sanomalehtipaperilla ilmapussitusta alkaa esiintyä vasta nopeuksilla 1500 m/min. Ilmafilmin kehittyminen vaikuttaa pussitusilmiön lisäksi pintojen väliseen kitkaan. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.)

39 39(85) CD-profiilien merkitys rullauksessa Erilaisten poikkisuuntaisten profiilivikojen esiintyminen on erityisen haitallista rullauksen kannalta. Konerullauksessa esimerkiksi poikkisuuntaiset paksuus- ja kosteusprofiiliongelmat kertautuvat ja korostuvat konerullan koon kasvaessa. Profiiliongelmat myös aiheuttavat konerullaan poikkisuuntaisia epäjatkuvuuskohtia, joihin rullauksessa vaikuttavat voimat helposti aiheuttavat muitakin rullausvikoja. Profiilivikojen aiheuttamista rullausvioista yleisimpiä ovat erilaiset vanat ja pannat. Paperiradan pituusprofiili on poikkisuuntainen. Pidemmät kohdat muodostuvat konerullassa löysemmiksi, kun taas lyhyemmät kohdat kiristyvät. Paperiradan pituusprofiilin ongelmat näkyvät yleensä myös ennen rullainta olevassa kireysmittauksessa. Tyypillisesti ongelmallisia alueita pituusprofiilin osalta ovat radan reuna-alueet, jotka pyrkivät kuivamaan kuivatusosalla enemmän. Suuret vaihtelut kireysprofiilissa vaikuttavat rullausnipin toimintaan, jolloin nipin vaikutusprofiilista tulee poikkisuunnassa epätasainen. Lisäksi kireysprofiilin vaihtelut aiheuttavat vaihtelua ilmapussituksen jakautumiseen ja tekevät radan hallinnasta vaikeampaa rullauksen kannalta. Kireysprofiilin epätasaisuuden vuoksi rataa joudutaan kiristämään enemmän riittävän keskikireyden saavuttamiseksi, jolloin valmiiksi kireisiin kohtiin muodostuu helposti plastisia muodonmuutoksia, jotka muuttavat paperin CD-profiileja entisestään (Airola ym.1999, 149.) Paperin ominaisuuksien tasaisuus on rullauksen kannalta tärkeää. Ominaisuudet voivat vaihdella poikkisuunnan lisäksi myös konesuunnassa. Jos esimerkiksi kalanterin vioittunut tela aiheuttaa paperiin jatkuvaa konesuuntaista epätasaisuutta, epätasaisuus voi kertautua rullaan samalle säteelle. Ominaisuuksien vaihtelut vaikeuttavat rullausta, koska rullan rakenteeseen tulee epätasaisuuksia Konerullauksen vaikutukset paperin ominaisuuksiin Rullauksessa voidaan paperin ominaisuuksia vain huonontaa. Nämä vaikutukset ovat kuitenkin yleensä pieniä, sillä paperin ominaisuuksien tai dimensioiden muuttaminen vaatii paljon suurempia voimia, kuin rullauksessa paperirataan kohdistuu. Paperin ominaisuuksien muuttuminen rullauksessa tapahtuu plastisten muodonmuutosten kautta. Nämä muodonmuutokset voivat tapahtua z-suuntaisen puristumisen ansiosta tai tangen-

40 40(85) tiaalisen vedon kautta. Jokainen rullaus ja aukirullaus kuitenkin osaltaan vaikuttavat paperiin. Paperilla on viskoelastisena materiaalina eräänlainen muisti. Rullausten vaikutukset paperin ominaisuuksiin on koottu taulukkoon 1. (Airola ym. 1999, 148.) Taulukko 1: Rullauksen vaikutus paperin ominaisuuksiin (Airola ym. 1999, 149) Ominaisuus Muutos Paksuus Jäykkyys Bulkki Sileys + Kiilto + Ilmanläpäisy Absorptio Taulukossa 1 esitettyjen perusominaisuuksien lisäksi rullauksella on vaikutusta paperin venymään ja vetolujuuteen. Venymä ja vetolujuus voivat rullauksessa alentua, jos käytetyt rullausparametrit aiheuttavat paperiin niin suuria radan suuntaisia vetoja, että muodonmuutokset kuitutasolla ovat plastisia. Paperin kuitukosteuden nouseminen lisää paperin plastisuutta (Airola ym. 1999, 146). Tiheys voi kasvaa, koska konerullassa vaikuttava paine puristaa paperia kasaan. Tiheyden muutokset luonnostaan tiheillä paperilajeilla ovat kuitenkin erittäin pieniä. Esimerkiksi viivakuorman aiheuttama paine on varsin olematon kalanteroinnissa käytettäviin kuormitustasoihin verrattuna. 2.6 Rullausviat ja ajettavuusongelmat Eri paperi- ja kartonkilajeilla esiintyy erilaisia rullausvikoja, mutta vikojen syntymekanismit ovat lajista ja prosessista riippumatta hyvin samankaltaisia. Rullattavan materiaalin ominaisuudet määrittelevät eri vikojen esiintymisherkkyyden. Rullausviat aiheuttavat konelinjan hyötysuhteen menetyksiä hylkyrullien muodossa. Jos rullausvikoja esiintyy, ne tulisi poistaa viimeistään leikkureilla, jotta asiakkaalle ei lähetetä viallisia rullia. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.)

41 41(85) Ilmapussitus Ilmapussitus voi syntyä kahdella eri mekanismilla. Nopeasti liikkuvan paperiradan mukana kulkee aina jonkin verran ilmaa. Ilmapussituksen syntyä ehkäistään rullaussylinterin tuplaurituksella ja pitämällä ratakireys riittävällä tasolla, jotta ilmaa ei pääse kulkeutumaan tambuurin sisälle. Ilmanpussitusta esiintyy yleensä poikkisuunnassa tambuurin keskialueilla, jossa viivakuorma on reunoja alhaisempi tambuuriraudan taipuman vuoksi. Ilmapussitus aiheuttaa helposti kreppirynkkyä purkautuessaan tambuurista. Tambuuriin päässyt ilma edistää paperikerrosten välisen liikkeen esiintymistä kitkan alenemisen vuoksi. Ilmapussituksen syntymekanismit on esitetty kuviossa 19. (Airola ym. 1999, 157.) Kuvio 19. Ilmapussituksen syntymekanismit (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007) Ilmaa voi päästä tambuurin sisälle paperiradan ja rullaussylinterin välistä rullaussylinterin mukana. Tätä ilmapussitusta ehkäistään rullaussylinterin kapeilla ventaurilla, jotka kuljettavat ilman sylinterin pintaa pitkin nipin läpi, eikä pussitusta esiinny. Ilmapussituksen toinen syntymekanismi on ilman kulkeutuminen rullausnippiin paperiradan yläpuolelta. Rullan pintakerroksiin päässyttä ilmaa voidaan pumpata pois rullan rakenteista rullaussylinterin loivemmilla urilla, jotka spiraalimaisesti pumppaavat ilmaa ulos tambuurin päistä. Molemmat uritustyypit on nähtävissä kuviossa 19. (Airola ym. 1999, )

42 42(85) Pussirynkky ja satikka Pussirynkky (kreppirynkky) syntyy, kun paperikerrokset pääsevät liikahtamaan keskenään konerullan sisällä, jolloin paperiin syntyy yleensä poikkisuuntainen tai diagonaalinen ryppy. Pussirynkkyä esiintyy yleensä tambuurin reuna-aluilla ja konerullan pohjalla, joissa sisänipin aiheuttamat kuormitukset ovat suurimmillaan. Pussirynkyn ehkäisemiseksi paperikerrosten välinen luistaminen konerullan sisäkerroksissa on estettävä. Luistamista voidaan ehkäistä kasvattamalla kitkavoimaa; joko kasvattamalla kitkakerrointa tai kasvattamalla kerrosten välistä painetta. Konerullan kovuutta kannattaa kuitenkin kasvattaa vain pohjalla, jotta samalla ei lisätä sisänipin kuormitusta tekemällä koko tambuurista jäykkä. Kuvioissa 20 ja 21 on esimerkkejä tyypillisistä pussirynkyistä. Kuvio 20: Pussirynkkyä asiakasrullassa Diagonaalisia rynkkyjä voi rullaan syntyä lisäksi ilman ansiosta. Rullaan päässyt ilma purkautuu hallitsemattomasti rullan päistä, jolloin muodostuu poikkisuuntaisia rynkkyjä. Telojen suuntauksen virheet aiheuttavat helposti diagonaalisia rynkkyjä. Poikkisuuntaisia rynkkyjä voi muodostua myös epätasaisen nippiprofiilin tai kireysprofiilin vuoksi. Epätasaisen MD-pituusprofiilin aiheuttama kireysprofiilin epätasaisuus aiheuttaa rynkkyjä useimmiten niihin kohtiin, joissa kireyden muutosgradientti on suurin. (Roisum 1998, 174.)

43 43(85) Kuvio 21: Pussirynkkyä konerullassa Satikka on pidemmälle jalostunut pussirynkky, jossa paperiin muodostunut ryppy hankautuu poikki. Paperiin muodostuu kiiltävä ja heikko kohta, joka mitä todennäköisimmin aiheuttaa viimeistään leikkurilla ratakatkon. Satikan aiheuttama katko voidaan todeta, jos paperin katkoreunat löytyvät. Reunoissa ei ole näkyvissä irtonaisia kuituja, vaan reunat ovat hankautuneet terävästi poikki. Satikkojen syntymekanismi ja ehkäiseminen ovat samat kuin pussirynkyllä. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.) Vaihto- ja rullainkatkot Vaihtokatkoilla tarkoitetaan rullaimella vaihtotilanteessa tai välittömästi vaihtopuhalluksen jälkeen syntyvää ratakatkoa. Vaihtokatkot syntyvät yleensä vaihtopuhalluksen synnyttämän paperirehun päästessä rullausnippiin paperikoneen puolelta, jolloin ne nipin läpi mennessään katkaisevat radan. Toinen mahdollinen vaihtokatkojen syy on liian heikko tai kuiva paperi, jolloin vaihtopuhallus repäisee radan poikki suoraan poikkisuunnassa, eikä normaalia kiilaa muodostu. Rullaimella esiintyviä muita katkoja voidaan mahdollisesti ehkäistä ratakireyttä pudottamalla, mutta lujuusongelmien todellinen syy tulisi selvittää ensin. Rullainkatkoja saat-

44 44(85) taa syntyä myös liian kovien rullausparametrien käytöstä, jolloin esimerkiksi viivakuormaa pudottamalla katkot vähenevät. Erityisesti reuna-alueiden poikittaisprofiilivirheet altistavat rullauksen katkoille, jos käytössä on korkea viivakuormataso (Airola ym. 1999, 173) Sivuttaisheitot Sivuttaisheitot ovat tambuurin päässä näkyviä paperikerrosten siirtymiä. Siirtymät syntyvät rullauksen epäjatkuvuuskohtiin. Epäjatkuvuuskohtia voi syntyä rullausparametrien äkillisistä muutoksista tai rullaimen rakenteen aiheuttamista siirtymistä. OptiReelrullaimilla sivuttaissiirtymien tyypillisiä esiintymiskohtia ovat sähkökäytön vaihtuminen, tambuuriraudan siirtyminen alkurullauksesta rullausvaunuille ja tambuurin laskeminen rullauskiskoille alkurullauksessa. Sivuttaisheitot eivät itsessään aiheuta paperiin vikoja, mutta altistavat kyseisen epäjatkuvuuskohdan rullausvioille rullauksen edetessä. Kuviossa 22 on esitetty esimerkki siirtymästä. Kuvio 22: Siirtymä konerullan pohjalla

45 45(85) Tähtikuvio Tähtikuvio syntyy, kun tiukempi kerros paperia puristaa löysempää kasaan. Tähtikuvio ilmenee tambuurin päässä tähtimäisinä säteinä. Esimerkki tähtikuviosta on esitetty kuviossa 23. Kuvio 23. Tähtikuviota konerullan päässä Jos tähtikuviota esiintyy koko tambuurin alalla, on konerullan säteen suuntainen rakenne väärä. Tähtikuviota syntymistä voidaan ehkäistä kovalla konerullan pohjalla ja asettamalla rullausparametrit siten, että tambuurin tiheysprofiili selvästi on pintaa kohti laskeva. Tähtikuviota voi esiintyä myös, jos paperiradan reuna on huomattavasti löysempi kuin keskirata. Tässä tapauksessa tähtikuvio ei kerro koko konerullan rakenneongelmista ja tähtikuviota esiintyy vain konerullan toisessa päässä. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.)

46 46(85) Vanat ja pannat Erilaiset vanat ja pannat ovat hyvin tyypillisiä rullausvikoja. Vanojen ja pantojen syntyminen ei varsinaisesti tapahdu rullaimella, sillä niiden syynä on paperin neliöpaino-, kosteus- tai paksuusprofiilin virheet, jotka kertautuvat konerullauksessa. Köysivana on tyypillinen paksuusprofiilivirheen aiheuttama rullausvika pintavetoisessa tai nipin sisältävässä rullauksessa (Roisum 1998, 174). Vanat ja pannat tuntuvat käteen konerullasta ja usein jopa näkyvät silmin. Vanojen ja pantojen ehkäisemisessä paperin poikittaisprofiilien korjaaminen on ensisijainen toimenpide. Joskus myös sisänippi tai jyrkät poikittaissuuntaiset viivakuormaprofiilimuutokset voivat aiheuttaa rullaan leveitä traktorinrengasta muistuttavia vanoja. (VTT Tuotteet ja tuotanto 2007.)

47 47(85) 3 Rullaussylinterin uusintaan liittyvät muutokset ja toiminta muutoksen jälkeen 3.1 Rullaussylinterin asennus Rullaussylinteri uusittiin seisokissa Seisokin aikana rullaussylinteri ja uusi hanhenkaula sekä uusi hanhenkaulan puukkolaite asennettiin paikoilleen. UPM:n asentajat asensivat uuden rullaussylinterin ja asennusvalvonnan suoritti Metson. Asennus sujui muuten hienosti, mutta rullaussylinterin päässä olevan narupyörän havaittiin ottavan tambuurirautaan kiinni, kun alkurullauksen nippi suljettiin. Narupyörän halkaisijan suunnittelussa ei ole riittävästi kompensoitu rullaussylinterin pinnoitteen kokoonpuristumista kuormituksen alaisena. Narupyörä pystyttiin kuitenkin hiomaan paikalla pienempään halkaisijaan. 3.2 Konerullauksen toiminta ennen ja jälkeen uusinnan Pussirynkky ja pohjakatkot Pussirynkkytilanne ennen uusintaa oli kohtuullisen hyvin hallinnassa. Pussirynkkyjen ehkäisemiseksi vanhalla rullaussylinterillä paljon täyteaineita sisältäviä ja siten liukkaampia (WRG- ja WHS-) lajeja ajettiin tarvittaessa pienemmällä konerullan halkaisijalla, jolloin yhdestä konerullasta saatiin neljä muuttoa leikkurilla. Muita lajeja ajettiin normaalisti viiden muuton konerullina. Pussirynkkyä ei vanhalla rullaussylinterillä yleensä esiintynyt, tosin pussirynkkyjen seuranta URK-rullien avulla ei ollut järjestelmällistä, koska tarvetta ei ollut. Pussirynkystä johtuvia pohjakatkoja ei vanhalla rullaussylinterillä juurikaan esiintynyt. Pohjakatkojen syytä on tosin usein vaikeaa varmasti todentaa. Välittömästi rullaussylinterin uusinnan jälkeen pussirynkkytilanne näytti ensin kohtuullisen hyvältä ajettaessa paksuja WDK-lajeja. Pussirynkkyjä alkoi kuitenkin esiintyä, kun lajit vaihtuivat ohuempiin WRG- ja WFR-lajeihin. Pussirynkkyä esiintyi lähes säännöllisesti konerullan pohjamuuton reunarullissa. Pussirynkkyä ei saatu häviämään edes

48 48(85) rullausparametrien muutoksilla, joita käsitellään myöhemmin. Suoritetun kokeen perusteella pussirynkyt aiheutuvat ainakin osittain konerullan rakenteesta. Kokeessa käännettiin konerulla toisin päin, jolloin myös pussirynkyt siirtyivät reunarullasta toiseen. Uusinnan jälkeen esiintyi myös pohjakatkoja leikkureilla. Pohjakatkot esiintyivät useimmiten siten, että tambuuriraudalle jäi mm paperia. Katkoja tapahtui aukirullauksen aikana myös suuremmilla konerullan halkaisijoilla, jolloin paperia jäi raudalle noin 100 mm. Varsinkin noin 40 mm kohdalla sattuneiden katkojen syyksi todettiin pussirynkky. Silittämällä käsin konerullan pohjaa aukirullauksen aikana voi pussirynkkyjä havaita suoraan konerullasta, jolloin pussirynkyt napsahtavat voimakkaasti kättä vasten ennen ratakatkoa. Pussirynkkyjen havaittiin yleisimmin esiintyvän noin metrin etäisyydellä konerullan reunoista ja suuntautuvat reunoja kohti suoraan tai diagonaalisesti. Katkoja aiheuttaakseen pussirynkyt olivat jo kehittyneet satikoiksi, jolloin rata katkeaa leikkurin aukirullauksessa valmiiksi puhkihioutuneeseen kohtaan. Pohjakatkojen esiintyminen varsin tarkasti tietyillä halkaisijoilla viittaa konerullan rakenteessa olevan epäjatkuvuuskohtia samoissa kohdissa. Konerullan päissä myös näkyi lähes aina sivuttaisheittoja katkokohtien kohdalla, joko molemmissa tai vain toisessa päässä. Alempaan kohtaan, jossa paperia on raudalla noin 40 mm, ei löydetty mitään mekaanista eikä parametreista johtuvaa epäjatkuvuuskohtaa. Ainoastaan vaihtotapahtuman jälkeisen ratakireydessä tapahtuvan heilahduksen havaittiin korjaantuvan lähellä tätä halkaisijaa. Noin 100 mm:n kohdalle osuvat sähkökäyttöjen vaihtumisen ajankohta ja kuormitusleukojen aukeaminen, joista voi konerullaan syntyä epäjatkuvuuskohtia. Nämä epäjatkuvuuskohdat näkyivät myös myöhemmin suoritetuissa iroll-mittauksissa. Pohjakatkot leikkureilla saatiin kuitenkin loppumaan rullausparametrien ja muiden muutosten avulla konerullan rakennetta parantamalla. Konerullasta tehtiin pohjalta selvästi loppualuetta kovempi, jolloin pohja-alueeseen kohdistuvat rasitukset pienentyivät ja kovempi pohja kesti rasitukset paremmin. Pussirynkkyä esiintyi eniten hoitopuolen reunarullissa ja jonkin verran myös käyttöpuolen reunarullissa. URK:lla ajettujen tarkistusten perusteella rynkkyä syntyy enemmän vanhemmalla PL51-pituusleikkurilla, mutta myös uudemmalla, ilmalaatikolla ja tuplalevityksellä varustetulla PL41- pituusleikkurilla, rynkkyä esiintyi välillä erityisesti hoitopuolen reunarullassa. Leikkureiden osuus pussirynkyn syntymiseen on epäselvä.

49 49(85) Pussirynkyn esiintyminen URK-tarkastusrullissa Pussirynkyn esiintymisen havaittiin riippuvan selvästi asiakasrullan leveydestä. URKraporttien pohjalta tehtiin tutkimusta pussirynkyn esiintymisestä asiakasrullien leveyden, pituusleikkurin ja paperikoneen reunan mukaan. Pussirynkkyä havaittiin syntyvän selvästi eniten kapeilla, alle 1000 mm leveillä asiakasrullilla, kun rullat trimmitettiin radan reunoihin. Pussirynkkyä esiintyi enemmän paperiradan paperikoneen hoitopuolen reunassa ja enemmän vanhemmalla PL51-pituusleikkurilla ajetuissa rullissa. Pussirynkyn esiintyminen URK-tarkastusrullissa on esitetty kuvioissa 24, 25 ja 26. Kuviosta 25 huomataan, että erityisesti paperiradan reunojen välillä ero on merkittävä. Tiedot URK:lta on kerätty aikavälillä Tuloksissa ei mitenkään huomioida käytettyjä konerullan ajoparametreja eikä paperilajia, joten tuloksia voidaan pitää lähinnä suuntaa antavina, vaikka otos onkin melko kattava. Pussirynkyn jakautuminen leikkureittain URK-tarkastusrullissa 100 % 90 % 79 Osuus testatuista rullista 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % n = % 0 % PL41 PL51 ei rynkkyä pientä, ei hylätty hylätty ja/tai katko Kuvio 24: Pussirynkyn jakautuminen leikkureittain URK-tarkastusrullissa

50 50(85) Pussirynkyn jakautuminen PKreunoittain URK-tarkastusrullissa 100 % 90 % 44 Osuus testatuista rullista 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % n = % 0 % HP KP ei rynkkyä pientä, ei hylätty hylätty ja/tai katko Kuvio 25: Pussirynkyn jakautuminen PK-reunoittain URK-tarkastusrullissa Pussirynkyn jakautuminen asiakasrullan leveyden mukaan URK-tarkastusrullissa Osuus testatuista rullista 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % n = % 0 % Asiakasrullan leveys (mm) ei rynkkyä pientä, ei hylätty hylätty ja/tai katko Kuvio 26: Pussirynkyn jakautuminen asiakasrullan leveyden mukaan URK-tarkastusrullissa

51 51(85) Rullain- ja vaihtokatkot Vaihtokatkot Ennen hanhenkaulalaitteen uusintaa vaihtokatkoja esiintyi satunnaisesti, mutta vähän. Hanhenkaulan uusinnan jälkeen vaihtokatkoja esiintyi todella runsaasti. Vaihtopuhalluksessa syntyi niin paljon paperirehua, että osa siitä lähes poikkeuksetta katkaisi radan. Metson suorittamien videokuvausten perusteella havaittiin myös, että vaihtopuhallus ei onnistu heti irrottamaan kiilaa radan keskeltä vaan repii pitkään rataa rikki, ennen kuin kiilaa nousee uudelle raudalle. Lisäksi ilmeni, että asennuksen yhteydessä hanhenkaulan reunapuhalluksen suuttimet oli suunnattu virheellisesti, ja niitä jouduttiin kääntämään jälkeenpäin. Oikea puhallusten suunta on siten, että puhallukset osoittavat nippiin noin metrin päähän radan reunoista. Lisäksi puukkolaitetta päädyttiin nostamaan puoli senttiä ylöspäin suunnitellusta, jotta varmistetaan puukon tekemän alkuviillon syntyminen. Vaihtokatkoja aiheuttavia paperirehuja vaihtopuhalluksen yhteydessä on esitetty kuviossa 27. Kuvio 27: Vaihtopuhalluksen irrottamia paperirehuja Vaihtokatkojen määrää saatiin muutoksilla dramaattisesti pudotettua. Vaihtokireys tiputettiin 180 N/m ja hanhenkaulan keskipuhalluksen pyöreän suuttimen tilalle vaihdettiin vanhan hanhenkaulan suutin, jonka aukko on muodostaan rakomainen. Suurin parantava vaikutus vaihtokatkojen määrään oli erityisen vaihtoviivakuorman käyttöönottaminen.

52 52(85) Vaihtopuhalluksen ajaksi viivakuorma pudotetaan ohjauksella 1,0 kn/m, jolloin valmistuvan tambuurin pinta pysyy parempana, eikä aukirullauksen sulkeutumisen aiheuttama toinen nippi katkaise kireyttä vaihtoa ennen. Vaihtopuhalluksen reunapuhalluksien paine oli maksimi 6 bar ja keskipuhalluksen paine oli 5 bar. Ohjausjärjestelmään tehtiin muutos, jolla tambuurin irtoamisaikaa nipistä puhalluksen jälkeen voidaan säätää, jotta alkurullauksen aikana nippiin lentävän rehun määrä saataisiin mahdollisimman pieneksi. Vaihtopuhalluksiin ja hanhenkaulan säätöihin tehtyjen muutosten jälkeen vaihtokatkojen määrä saatiin laskettua hyvälle tasolle ja vaihtovarmuus riittävän hyväksi. Vaihtolaitteiston säätämiseen meni kuitenkin kokonaisuudessaan melko paljon aikaa. Uudelle hanhenkaulalle annettu 98,5 % vaihtotakuu kyllä saavutettiin, mutta ei määräajassa. Rullainkatkot Ennen rullaussylinterin uusintaa rullainkatkoja esiintyi erittäin suurten CDprofiilivirheiden kumuloituessa reuna-alueille. Myös satunnaisia tuntemattomasta syystä tapahtuneita katkoja esiintyi, mutta harvoin. Uusinnan jälkeen rullainkatkoja havaittiin esiintyvän eniten silloin, kun käytössä oli yli 4,0 kn/m viivakuorma ja radan reunat olivat pystyssä, eli paksuus/kosteusprofiilissa oli suuria vikoja reuna-alueella. On huomattava, että rullaimella on onnistuneesti kokeiltu jopa viivakuormatasoja 5,5 kn/m ilman ratakatkoja, kun reunaprofiilit olivat hyviä. Rullainkatkoja esiintyi yleisimmin heti alkurullauksen aikana, mutta osa katkoista tapahtui, kun paperia oli raudalla yli 100 mm ja rullaus oli jo toisiokäytöllä. Kovan viivakuorman on todettu korostavan erityisesti paksuusprofiilivikoja (Airola ym. 1999, 173). Jos tällaiset paksuusprofiiliviat sijaitsevat aivan konerullan reunassa, tästä aiheutuva vinokuorma kasvaa rullausnipissä niin suureksi, että seurauksena on ratakatko. Joskus rata katkeaa rullaimella siten, että ratakatkoa ei aiheudu. Tästä ilmiöstä käytetään sanontaa arkki poikki. Radan katkeamisen syynä voi olla viivakuorman ja profiilivirheiden yhteisvaikutus tai aukirullauksen aikana nippiin ja siten konerullan pohjalle päässeet rehut. Pohjalle jääneet paperirehut tekevät konerullasta epätasaisen ja altistavat katkoille. Lisäksi arkki poikki -tilanteessa yleensä irtoaa lisää paperirehua, joka enti-

53 53(85) sestään pahentaa tilannetta. Jos arkki menee jatkuvasti poikki, onkin parasta nopeasti katkaista paperirata ennen rullainta tilanteen laukaisemiseksi. Rullainkatkojen yhteydessä syntyvä rehu aiheuttaa pehmeällä rullaussylinterillä ongelmia. Koeajojen aikana tapahtui muutamia tilanteita, joissa rullainkatkojen yhteydessä paperirehua jäi ilmakaavarin ja rullaussylinterin väliin jumiin, jolloin pyörivän rullaussylinterin aiheuttaman kitkan ansiosta paperirehut alkavat kuumentua ja voivat jopa syttyä palamaan vahingoittaen samalla rullaussylinterin pinnoitteen Vanat Ennen rullaussylinterin uusintaa tyypillisin rullausvika olivat erilaiset vanat. Vanat johtuivat paperin paksuusprofiilin virheistä, jotka vääntyivät rullausnipissä erilaisiksi köysivanoiksi. Köysivana on hyvin tyypillinen rullausvika juuri paksuusprofiilivirheiden yhteydessä (Roisum 1998, 174). Vanoja esiintyi eniten konerullan säteen suunnassa keskellä konerullaa, leikkurilla ajettaessa toisessa ja kolmannessa muutossa. Rullaussylinterin uusinnan jälkeen vanoja ei enää esiintynyt, kun viivakuorma oli vähintään 3,0 kn/m. Alkuvuodesta tehtyjen kokeiden yhteydessä rullaimella käytettiin vanhoja parametrikäyriä, joilla viivakuorma on noin 2,0 kn/m. Alhaisilla viivakuormilla vanoja alkoi taas esiintyä. Vanojen syntyminen vaikuttaa siis olevan yhteydessä viivakuormaan ja sylinterin pinnoitteeseen. Pehmeämpi pinnoite todennäköisesti sallii paksuusprofiilivirheiden aiheuttaman paikallisen halkaisijamuutoksen paremmin ja konerullan pintaan kohdistuva viivakuorma jakautuu tasaisemmin myös virheiden kohdalle, koska pinnoite joustaa. Uudella sylinterillä valmistetuista konerullista mitattiin TAPIO RQP -mittarilla kovuusprofiileja, jotka löytyvät liitteestä 5. Kovuusprofiileissa näkyy muutamia ongelmakohtia, erityisesti hoitopuolen reuna, joka on jatkuvasti huomattavan pehmeä. Kovuusprofiilin isompi muoto on kuitenkin kunnossa ja muut epätasaisuudet ovat ± 10 %:n sisällä keskiarvosta, mikä on riittävän hyvä tulos.

54 54(85) Muut toimintahäiriöt Uusinnan jälkeen rullaimella havaittiin muutamia uusia toimintahäiriöitä. Ennen ohjelmistoon tehtyä vaihtoviivakuorman käytön mahdollistavaa muutosta vaihtotilanteessa esiintyi ongelmia. Hieman ennen vaihtoa tyhjä tambuurirauta laskeutuu rullaussylinterin pintaan, jolloin muodostuu toinen nippi. Aiheutuva viivakuorma yhdessä pyörivän tyhjän raudan kanssa aiheuttivat radan löystymisen uuden nipin ja varsinaisen rullausnipin välillä, kun kireyssäädön toiminta estyy tyhjän raudan aiheuttaman nipin jälkeen. Tällöin konerullan pinnasta tuli todella löysä ja radanhallinta menetettiin rullaussylinterin pinnasta. Vaihtopuhallus irrotti löysän radan lisäksi valtavasti paperirehua myös valmistuneen tambuurin pinnasta aiheuttaen lähes poikkeuksetta ratakatkon. Vanhalla rullaussylinterillä tätä ongelmaa ei esiintynyt, koska käytetyt viivakuormatasot olivat alhaisempia ja vanhan rullaussylinterin pito oli huonompi. Kireyssäätö pysyi siten toiminnassa myös kahden nipin tilanteessa, koska ratakireys pääsi vaikuttamaan luiston ansiosta tyhjästä raudasta syntyneen nipin läpi. Toinen uuden sylinterin paremman pidon myötä syntynyt ongelma oli ratakireyden säädön toimintahäiriö katkotilanteessa. Vanhalla rullaussylinterillä päänvientitilanteessa tyhjän raudan sähkökäyttö oli asetettu toimimaan nopeussäädöllä. Tyhjän raudan aiheuttaman nipin heikon pidon ansiosta tyhjä rauta ei päässyt häiritsemään rullaussylinterin suorittamaa ratakireyden säätöä. Pidon lisäännyttyä uuden rullaussylinterin myötä nopeussäätöinen tambuurirauta kuitenkin alkoi jarruttaa rataa eikä kireyssäätö toiminut. Pahimmillaan rata roikkui silminnähden löysällä rullaussylinterin ja kalanterin välillä, eikä edes päänvientikireyttä 100 N/m saavutettu. Lisäksi rullaussylinterin sähkökäyttö oli vaarassa ylikuormittua, koska sen kuormitus nousi yli sadan prosentin kireyssäädön yrittäessä kiristää löysää rataa. Tästä ongelmasta päästiin eroon asettamalla alkurullauksen sähkökäyttö Metson alkuperäisten ohjeiden mukaisesti tyhjiömomentille päänvientitilanteessa. Nopeussäätö ei tässä tilanteessa toimi, koska pienikin ero tambuurirautojen halkaisijassa aiheuttaa suuren kehänopeuseron ja siten häiritsee kireyssäätöä. Ongelman yhteydessä suoritettujen mittausten jälkeen kävi ilmi, että käytössä olevan kymmenen eri tambuuriraudan halkaisijoissa on maksimissaan jopa neljän millin ero, mikä estää nopeussäädön käytön.

55 55(85) 3.3 Mekaaniset ja automaation muutokset Automaation ja mekaniikan muutokset Uusinnan yhteydessä rullaimen mekaniikkaan ei tehty muutoksia. Suurimmat työt aiheutuivat hanhenkaulan ja hanhenkaulan puukkolaitteen muutoksista. Uusi hanhenkaula ohjautuu ainoastaan kahdella sylinterillä entisen kolmen sijaan, joten hanhenkaulan ohjausmekaniikka yksinkertaistui. Uusi rullaussylinteri oli halkaisijaltaan 1315 mm ja siten vanhaa isompi. Rullaussylinterin halkaisijamuutos syötettiin sähkökäyttöjen ohjauksiin, jotta säädöt ja laskennat toimivat oikein. Halkaisijamuutokseen liittyen nollattiin myös alkurullauskelkan ja rullausvaunujen asemamittaukset. (Metso Paper 2009a) Uusinnan yhteydessä tehtiin automaation avulla joitain muutoksia rullaimen ajotapaan. Muutokset tehtiin siten, että ne on mahdollista tarvittaessa kytkeä pois päältä. Hanhenkaulan ohjaukseen tehtiin uusi lukitus, joka katkaisee radan ja pysäyttää käytöt, jos paperia on raudalla yli 15 mm, eikä hanhenkaula ole palautunut kotiasemaan. Hanhenkaulaan lisättiin mahdollisuudet säätää puhallusten kestoja ja ajoituksia sekä puukkolaitteen viivettä. Tambuurin irtoamisviive nipistä asetettiin säädettäväksi vaihtopuhalluksen aloittamisesta. (Metso Paper Oy 2009a) Rullaussylinterin ohjauksiin tehtiin muutamia muutoksia. Ratakatkon jälkeen kaavari ohjataan puhaltamaan jatkuvasti. Puhalluksella pyritään suojaamaan rullaussylinterin kumipintaa estämällä konerullasta irtoavaa paperia joutumasta rullaussylinterin ja kaavarin terän väliin. Kun konerulla luovutetaan siirtämällä rullausvaunut taakse, tehdään kaavarin puhdistusliike avaamalla luovutusliikkeen aikana kaavari hetkeksi auki. Kaavarin puhallus lopetetaan viiveellä avausliikkeen jälkeen. iroll-mittausten jälkeen lisättiin mahdollisuus ajaa rullausvaunuja ± 1,0 kn/m vinokuormalla. (Metso Paper Oy 2009a) Tärkeimpiä ohjausmuutoksia olivat alkurullauksen ohjaukseen liittyvät muutokset. Alkurullauksen kääntönopeutta hidastettiin hanhenkaulavaihdon yhteydessä, jotta viivakuorman ja ratakireyden säädöt pysyisivät paremmin mukana. Hidastus ei vaikuta ratakatkotilanteeseen. Lisäksi alkurullauksen aikana tehtiin profiloinnin käyttö mahdolli-

56 56(85) seksi vaikka käytössä on hanhenkaulavaihto. Alkurullauslaitteen kuormituksen vastapainetta muutettiin sopivammaksi ja Moog-venttiilien ohjauksen mahdollistettiin korjaavan painetta myös negatiiviselle puolelle. (Metso Paper Oy 2009a) Toinen merkittävä muutos olivat vaihtotapahtuman yhteydessä tarvittaessa käyttöön saatavat vaihtoviivakuorma ja myöhemmin lisätty vaihdon aikainen kehävoima. Nämä ohjelmalliset muutokset mahdollistivat pehmeän pohjan mallin käyttämisen helpommin, sillä parametrikäyrillä nopeita muutoksia pohjalle oli mahdotonta tehdä. Viivakuorman pudotus vaihdon yhteydessä vähensi lisäksi huomattavasti vaihtokatkoja. (Metso Paper Oy 2009a) Sähkökäyttöjen toimintaan tehdyt muutokset Rullaimen uusinnan jälkeen sähkökäyttöjen toiminnasta löydettiin muutamia virheitä ja vanhoja ohjaustapoja muutettiin. Ensimmäisenä muutettiin alkurullauskäytön ohjaustapaa päänvientitilanteessa ja hanhenkaulavaihdon yhteydessä. Nopeussäädöllä ollut alkurullauksen sähkökäyttö muutettiin momenttisäädölle toimimaan tyhjiömomentilla. Muutoksen syistä on kerrottu sivulla 52 toimintahäiriöiden yhteydessä. Rullaussylinterin uusinnasta lähtien tambuurin aivan pohjalle tuli siirtymä, joka kesti noin 15 mm säteeseen asti. Siirtymän kohdalla paperirata kaventui molemmilta reunoiltaan noin 1 3 mm. Paperiradan kaventumisen havaittiin olevan yhteydessä aivan vaihtopuhalluksen jälkeen tapahtuvaan ratakireyden säätöhäiriöön, jonka vuoksi ratakireys ensin nousi noin N/m yli asetusarvon ja laski alkurullauksen käännön aikana noin 30 N/m alle asetusarvon. Ratakireyden suuri nousu kaventaa rataa paperin elastisten ominaisuuksien vuoksi. Tätä kireyssäädön heittoa saatiin merkittävästi pienennettyä ABB:n tekemien säätöjen ja alkurullauksen käännön hidastuksen myötä, minkä ansiosta kireyssäätö pysyi paremmin mukana ja heilahdukset ratakireydessä eivät olleet niin suuria. Toinen sähkökäyttöjen toimintaan liittyvä ongelma ilmeni rullaussylinterin kuormituksissa. Sähkökäyttöjen vaihtumisen yhteydessä rullaussylinterin kuormitus nousi käyttöjen rampituksen kohdalla ylös. Kuormitus alkurullauksen aikana oli noin 3 5 % ja toi-

57 57(85) siokäytöllä kuormitus nousi noin 15 %:iin. Kuormituksen nouseminen indikoi ongelmaa toisiokäytön kehävoiman momenttisäädön toiminnassa, koska rullaussylinteri joutuu ottamaan lisää kuormaa pitääkseen ratakireyden. ABB:n avustuksella tämäkin ongelma saatiin ratkaistua ja rullaussylinterin kuormitus tasattua käyttöjen vaihdon yli Rullaimen ohjaussivuille tehdyt muutokset Automaatioon tehtyjen muutosten vuoksi Damatic XD -järjestelmän ohjaussivuille tehtiin muutamia lisäyksiä. Lisäykset tehtiin lähinnä uusien rullainparametrien lisäämiseksi kahdelle parametrisivulle. OptiReel-pääsivulle tehtiin muutos, joka mahdollistaa profiloinnin käyttöönoton. Muutokset on esitetty sivuittain kuvioissa Kuvioissa muutokset on korostettu punaisella neliöllä. Kuviossa 28 on esitetty ohjaussivulle 3.8 tehty profiloinnin valinnan mahdollistava muutos. Kuvio 28: Ohjaussivulle 3.8 tehdyt muutokset

58 58(85) Kuviossa 29 on esitetty parametrisivulle tehdyt muutokset. Hanhenkaulavaihdon aikainen viivakuorma on mahdollista valita päälle ja pois, minkä lisäksi on mahdollista valita vaihtoviivakuorman kestoaika. Kuvion 26 tapauksessa vaihtoviivakuormaa käytetään myös pehmeän pohjan muodostamiseen. Kuvasta puuttuu muutos hanhenkaulavaihdon aikaisen kehävoiman valintaan, joka tehtiin vasta kuvan ottamisen jälkeen. Vaihdonaikaiselle kehävoimalle voidaan tehdä samat valinnat kuin viivakuormalle. Lisäksi sivulle on lisätty vaihtopuhallusten viiveet ja kestot. Kuvio 29: Parametrisivulle tehdyt muutokset Kuviossa 30 on esitetty toiselle rullaimen parametrisivulle tehdyt muutokset. Toiselle parametrisivulle lisättiin mahdollisuus valita profiloinnin aloituskulma, silloin kun profiloiva vaihtotapa on valittu käyttöön.

59 59(85) Kuvio 30: Parametrisivulle tehdyt muutokset 3.4 Muutokset rullausparametreihin Uusien parametrikäyrien syöttäminen Uusien rullausparametrikäyrien syöttäminen tehtiin Damatic XD -järjestelmän käyränpiirtotyökalua käyttäen. Damaticissa on kaikille kolmelle rullausparametrille, ja lisäksi profiloinnille, kymmenen muistipaikkaa käyriä varten. Vanhalla sylinterillä käytetyt ajokäyrät (viivakuormakäyrä 5, ratakireyskäyrä 10, kehävoimakäyrä 8) jätettiin koskemattomiksi. Koeajojen aikana piirretyt käyrät pyrittiin tallentamaan eri muistipaikkoihin, mutta varsinkin viivakuormakäyriä jouduttiin välillä tallentamaan vanhojen päälle. Käyrien syöttäminen Damatic XD -järjestelmässä tapahtuu antamalla parametrien arvoja halkaisijan mukaan portaittain. Arvot asetetaan konerullan halkaisijan mukaan, jol-

60 60(85) loin järjestelmä piirtää syötettyjen arvojen pohjalta käyrää. Automaatio lukee parametrikäyriä ja siirtää käyrän mukaiset asetusarvot rullaimen ohjaukseen. Käyrien syöttämisessä konerullan halkaisijan asteikko on logaritminen siten, että pienellä konerullan halkaisijalla pisteitä on mahdollista syöttää enemmän. Pisteiden väli kasvaa konerullan halkaisijan kasvaessa. Syy tähän on se, että konerullan pohja-aluetta pystytään säätämään tarkemmin, kun taas pintaa ei yleensä tarvitse säätää yhtä tarkasti. Koska järjestelmä automaattisesti piirtää käyrän kahden asetusarvon välille, on käyrien avulla vaikeaa ottaa käyttöön pehmeän pohjan konerullamallia, sillä käyrään ei saada millään riittävän nopeita muutoksia. Tämän vuoksi automaatioon tehtiin parametrimuutokset, jotka mahdollistavat vaihdonjälkeisten viivakuorma- ja kehävoimatasojen syöttämisen käyrien ohi. Käyrienpiirtotyökalu on hieman vaikeaselkoinen ja käyrien muotojen viimeistely on hidasta ja tasaisten muotojen tekeminen vaikeaa. Logaritminen asteikko ja automaattinen käyrän piirto entisestään vaikeuttavat piirtämistä. Lisäksi käyriä ei järjestelmästä saa mitenkään numeerisesti ulos, mikä vaikeuttaa esimerkiksi käyrien kopioimista tai varmuuskopiointia. Uudemmissa järjestelmäversioissa käyriä on mahdollista syöttää taulukkona. Piirtotyökalun ongelmista huolimatta käyrien syöttäminen sujui hyvin pienen alkuharjoittelun jälkeen Ratakireys Ratakireyskäyrä muutettiin uusinnan jälkeen suoraksi. Vanha ratakireyskäyrä 10 oli loivasti laskeva ja laski alkuarvosta 230 N/m konerullan pintaa kohti arvoon 190 N/m. Vanha ratakireyskäyrä 10 on liitteessä 1. Uusi suora käyrä tallennettiin numerolle 8 ja se löytyy myös liitteestä 1. Ratakireyden muutoksilla ei havaittu olevan suurta vaikutusta rullauksen toimintaan. Ratakireyttä vaihdeltiin välillä 220 N/m 300 N/m. Yli 270 N/m arvoja kokeiltiin vain konerullan pohjalle. Pohjalla kireämmät ratakireyskäyrät olivat liitteestä 1 löytyvät käyrät numero 1 ja 4. Käyrässä 1 kireys on pidemmälle korkealla ja käyrässä 4 kireys alkaa laskea heti. Käyrällä 1 lähtöarvolla 300 N/m esiintyi maaliskuun lopulla ajetuissa kokeissa pohjakatkoja leikkurilla, joten sen käyttäminen lopetettiin.

61 61(85) Yleisimmin ratakireytenä käytettiin 240 N/m. Myös kireyksillä 250 N/m ja 220 N/m ajettiin runsaasti kokeita. Ratakireyden arvolla ei havaittu olevan minkäänlaista vaikutusta konerullan pohjan pussirynkkyongelmiin. Ratakireydellä 250 N/m tai 270 N/m läpi konerullan ei ollut myöskään havaittavia haitallisia vaikutuksia. Ratakireyden pitäminen kovin korkealla ei ole kuitenkaan järkevää, mikäli mitään hyötyä ei saavuteta, koska suurempi kireys altistaa ratakatkoille ja paperin venymä alenee. Ratakireydellä ei myöskään pehmeällä rullaussylinterillä ole vaikutusta konerullan kovuuteen silloin, kun rullausnippi pitää (Metso Paper Oy 2008). On kuitenkin huomioitava, että ratakireyden kasvattaminen kaventaa hieman paperirataa, mikä voi johtaa trimmitysongelmiin. Metson suorittamien koeajojen perusteella ratakireys 200 N/m on kuitenkin liian alhainen ja rullaussylinterin pito menetetään (Metso Paper Oy 2008). Riittävä ratakireyden taso on tärkeää myös levitystelan toiminnan kannalta. Ratakireyden mittaukseen ja säätöön käytettiin IQTension-mittapalkkia. Kireysmittauksesta huomattiin, että teloilla mitattu kireys antaa noin 30 N/m suurempia kireysarvoja kuin IQTension Kehävoima Vanha kehävoimakäyrä 8 sisälsi alussa rynkkyansaa varten pehmeän pohjan alueen ja käyrä alkoi arvosta 180 N/m, jonka jälkeen pohjalla oli 230 N/m ja käyrä laski konerullan pintaa kohti arvoon 120 N/m. Uusia käyriä tehtiin numeroille 1, 2, 3, 5 ja 10. Käyrissä 1-3 kehävoimaa oli konerullan pohjalla paljon ja käyrät laskivat pohjan jälkeen ja loppu konerulla tehtiin vakiokehävoimalla. Käyrässä 5 on lisäksi pohjalla pehmennys. Käyrä 10 on suora läpi koko konerullan. Kaikki kehävoimakäyrät löytyvät liitteestä 2. Kehävoimalla havaittiin olevan vaikutusta konerullan kovuuteen. Uusinnan jälkeen tehtyjen Paro Roll Tester mittausten perusteella kehävoimakäyrän laskeva muoto laski viivakuormaa tehokkaammin konerullan kovuutta pintaa kohti. Laskevilla kehävoimakäyrillä pyrittiin minimoimaan sisänipin aiheuttamat kuormitukset tekemällä konerullasta riittävän joustava. Aivan pohjalle lisätyllä kehävoimalla pyrittiin lisäämään konerullan pohjan kovuutta, jotta pussirynkkyä ei muodostuisi. Eniten koeajoja tehtiin laskevalla kehävoimakäyrällä 2 käyttäen alkuarvona 250 N/m ja suoralla kehävoimakäyrällä käyttäen alkuarvoina 220 N/m 270 N/m.

62 62(85) Myöskään kehävoimakäyrillä ei saatu pussirynkkyä hallintaan. Kehävoimalla 250 N/m ja käyrällä 10 tambuurin pohjalla esiintyneet siirtymät siirtyivät hieman ylemmäs, kun viivakuormassa oli käytössä pehmeä pohja. Siirtymiä, ja siten mahdollisia vikakohtia, ei kuitenkaan saatu poistettua. Myöskään pintaa kohti laskevilla käyrillä ei havaittu olevan juuri vaikutusta pussirynkyn esiintymiseen. Alkurullauksen sähkökäyttö rajoitti kuitenkin kehävoiman käyttöä. Alkurullaimen sähkökäyttö on teholtaan 55 kw, mutta suunniteltu nopeudelle 1000 m/min. Nykyisillä ajonopeuksilla 1500 m/min, sähkökäyttö on ulkona nopeusalueeltaan, ja tehot menevät lämmöksi. Käytännössä havaittiin, että moottorin kannalta maksimi käytettävissä oleva kehävoima alkurullauksen aikana, eli konerullan pohjalle, oli 260 N/m. Tälläkin kehävoimalla moottorin kuormitus nousi yli 95 %:n. Myös 270 N/m kehävoimaa kokeiltiin, mutta kuormitus nousi yli 100 %:n, joten 270 N/m tai sen yli olevia kehävoimia ei voitu kokeilla. Metson (2008) suorittamissa koeajoissa käytettiin kehävoimia 200 N/m 700 N/m. Kehävoimalla on kokeiden perusteella hyvin vaikutusta konerullan kovuuteen. Erityisesti kitkan alentuessa kehävoiman kiristävä vaikutus lisääntyy. Pussirynkkyongelman kannalta kehävoiman lisäämistä konerullan pohjalla tulisi päästä kokeilemaan. Kehävoiman parempi hyödyntäminen edellyttää kuitenkin alkurullauksen moottorin uusintaa. Toisiokäytön moottorin tehot riittävät kehävoiman nostamiseen Viivakuorma Vanha viivakuormakäyrä 5 sisälsi alussa pehmeän pohjan, jolloin viivakuorma oli 0,8 kn/m, josta viivakuorma nousi arvoon 2,5 kn/m ja laski konerullan pintaa kohti arvoon 1,5 kn/m. Uusia viivakuormakäyriä tehtiin useita. Käyrät 1,3,6,9 ja 10 ovat muodoltaan kovan konerullan pohjan mallisia. Käyrässä 7 konerullan pohja-alue on pitkään kovempi ja tasopudotus pintaa kohti on loivempi. Käyrä 8 on tasaisesti laskeva ja tasopudotus on 1,5 kn/m. Käyriä kokeiltiin arvoilla 2,5 kn/m 5,5 kn/m ja viivakuorma laski konerullan pintaan tasolle 1,0 1,5 kn/m. Kaikki mainitut viivakuormakäyrät löytyvät liitteestä 3.

63 63(85) Viivakuormalla pystyttiin eniten vaikuttamaan konerullan kovuuteen ja sen avulla pyrittiin pääsääntöisesti muuttamaan konerullan rakennetta koeajojen aikana. Uusinnan jälkeen esiintyneistä pohjakatkoista leikkureilla päästiin eroon, kun otettiin käyttöön pohjalta tasoltaan selvästi kovempi viivakuorma. Vanhalla viivakuormakäyrällä 5 ja aluksi käytetyllä viivakuormakäyrällä 8, jotka ovat muodoltaan hyvin samankaltaisia, esiintyi pohjakatkoja. Vanha viivakuormataso 2,5 kn/m ei riitä tekemään tambuurin pohjasta riittävän kovaa. Lisäksi käyrällä 8 havaittiin syntyvän tähtikuviota, joka indikoi tasopudotuksen rullauksen aikana olevan liian pientä ja keskusta jää liian löysäksi suhteessa pintaan. Leikkurikatkojen ja pussirynkyn määrän perusteella kovan pohjan käyrät todettiin parhaimmiksi. Viivakuormalla suoritettujen kokeiden perusteella edes todella kovat yli 5,0 kn/m viivakuormat eivät auttaneet pohjan pussirynkkyongelmiin. Maaliskuun lopulla kokeiltiin viivakuormatason pitämistä tasaisen kovana aina 300 mm paperia raudalla asti, jotta kantavasta pohjasta tulisi suurempi. iroll-mittausten perusteella laskettiin lisäksi viivakuorman lopputasoa arvoon 0,6 kn/m, sillä mittauksissa kävi ilmi todellisen viivakuormatason olevan loppua kohti enemmän kuin viivakuormakäyrässä oli asetettu. Yli 4,5 kn/m viivakuormatasoilla rullainkatkojen määrä lisääntyi huomattavasti. Viivakuormalla tehtyjen koeajojen lisäksi kokeiltiin viivakuorman profilointia alkurullauksen aikana. Profiloinnissa osa viivakuormasta tehdään painovoiman avulla, jolloin viivakuormaprofiilista tulee poikkisuunnassa tasaisempi. Profiloinnilla ei kuitenkaan havaittu olevan mitään vaikutusta pussirynkkyyn. Myöskään profiloinnin aloituskulmalla ei havaittu olevan vaikutusta. Profilointi kuitenkin jätettiin käyttöön, koska se hidastaa alkurullauksen kääntöä ja säädöt pysyvät siten paremmin mukana. Viivakuormaan parametreilla tehdyllä pehmeällä pohjalla havaittiin olevan pussirynkkyjä vähentävä vaikutus ja pohjan siirtymät pienenivät. Nk. rynkkyansaa ei silti saatu yrityksistä huolimatta toimimaan toivotulla tavalla, sillä pussirynkkyä esiintyi konerullan pohjalla silti. Viivakuorman ja kehävoiman avulla ei konerullan pohjasta ole ainakaan vielä onnistuttu tekemään riittävän kovaa, jotta pussirynkkyjä ei esiintyisi. Viivakuorman vaikutusta kehävoiman toimintaan on vaikeaa todentaa ja kehävoiman käyttöä pohjalla rajoittaa alkurullauskäytön kuumeneminen. Viivakuorman avulla muodostettavan kovan pohjan alueen suuruutta säteen suunnassa muuteltiin kokeiden aikana mm välillä. Vä-

64 64(85) lillä havaittiin heti alusta laskevan käyrän toimivan suoraa pohjaa paremmin, kun taas toisissa kokeissa pidemmälle jatkettu kovan pohjan alue tuotti parempia tuloksia. Viivakuormalla tehtyjen kokeiden vaikutukset pussirynkkyjen syntymiseen olivat kaiken kaikkiaan todella ristiriitaisia ja epäjohdonmukaisia. Parametrimuutokset eivät yleensä vaikuttaneet pussirynkkyihin tai siirtymiin mitenkään. Pussirynkyn aiheutuminen pelkästään konerullan pohjan väärästä rakenteesta on siten vaikeasti todettavaa. Tehtyjen testien perusteella voidaan kuitenkin todeta viivakuormalla olevan vaikutusta ainakin pussirynkyn voimakkuuteen. Viivakuormatasoilla alle 3,0 kn/m pohjakatkot leikkurilla lisääntyivät, mikä kertoo pahenevasta pussirynkkyongelmasta. Yli 5,0 kn/m viivakuormatasojen käyttäminen taas ei ole suositeltavaa, koska ajettava paperi ei tätä kestä, ja katkoja esiintyy. Lisäksi erittäin korkeista viivakuormista ei havaittu olevan hyötyä pussirynkkyjen poistamisessa. Toistaiseksi parhaita tuloksia on saatu pitämällä rynkkyansa käytössä pohjalla, jolloin viivakuorma on 1,0 kn/m 39 sekunnin ajan, ja samalla pitämällä yli 4,0 kn/m viivakuormataso yli 100 mm paperia raudalla asti Yhteenveto rullausparametrien muutoksista Yhteenveto rullausparametreihin tehdyistä muutoksista ja niiden vaikutuksesta on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2: Rullausparametrien muutokset ja niiden vaikutukset Muutos Viivakuorma alle 3,0 kn/m Viivakuorma yli 4,5 kn/m Viivakuormakäyrän muoto Kehävoimaa lisää (yli 250 N/m) Kehävoimaa vähemmän Kehävoimakäyrän muoto Ratakireyttä enemmän (yli 250 N/m) Ratakireyttä vähemmän Ratakireyskäyrän muoto Vaikutus lisää pussirynkkyä arkitus lisääntyy rullaimella, rynkkyä ei saatu pois ei johdonmukaisia tuloksia rynkkyihin, tiukemmalla pohja-alueella paremmat tulokset, pidemmällä kovalla alueella paremmat tulokset, suorasti laskeva huono ei selvää vaikutusta rynkkyihin, rullan kovuus kuitenkin lisääntyi ei vaikutusta, liian löysä tekee pinnasta huonon ei vaikutusta rynkkyihin, siirtymät liikkuivat hieman kovemmalla pohjalla ei vaikutusta rynkkyihin, yli 300 N/m -> ongelmia ei vaikutusta rynkkyihin, alle 200 N/m ajettavuusongelmia ei vaikutusta, kovempi pohja ei vaikuttanut rynkkyihin

65 65(85) Muiden ohjausparametrien muutokset Muista ohjausparametreista muuteltiin lähinnä vaihtokireyttä, hanhenkaulan puhallusten viiveitä sekä valmiin tambuurin irtoamisaikaa nipistä. Lisäksi parametreilla tehdään konerullaan pehmeä pohja parametrikäyrien ohi. Vaihtokireyttä vaihdeltiin uusinnan jälkeen rehuisten vaihtojen parantamiseksi. Ennen hanhenkaulan suuttimen vaihtamista ja suuntauksia, kokeiltiin vaihtokireyksiä N/m, joilla konerullan pinta pyrittiin pitämään paremmin kasassa rehuamisen vähentämiseksi. Hanhenkaulan suuntauksien ja viritysten jälkeen päädyttiin vaihtokireydeksi asettamaan 180 N/m, jolloin rata irtoaa rullaussylinterin pinnasta paremmin ja vaihtopuhallus toimii nopeammin. Hanhenkaulan puhallusten kestot ja viiveet näkyvät kuviosta 29. Tambuurin irrotusviiveeksi asetettiin 0,5 sekuntia, jotta alkurullauksen päälle lentävien paperirehujen määrä olisi mahdollisimman vähäinen. Viivakuorman tasopudotus alussa asetettiin arvoon 1,0 kn/m. Alhaisemmilla arvoilla on vaarana, että nippi ei pysy enää kiinni. Tasopudotuksen kestoaikaa on mahdollista säätää ja ajan tulisi olla ainakin 5 sekuntia, jotta vaihdot toimivat paremmin eikä toinen nippi häiritse kireyssäätöä. Vaihtoviivakuorma tulee siis pitää valittuna aina, vaikka pehmeän pohjan mallia ei käytettäisikään. Pehmeän pohjan mallia käytettäessä vaihtoviivakuorma pidetään päällä 39 sekuntia, jolloin konerullan pohjalle tulee noin 15 mm kerros löysää ajonopeudesta riippuen. Myös kehävoimalle lisättiin myöhemmin samanlainen tasopudotusmahdollisuus parametrisivulle. Kehävoiman pudotusta käytetään ainoastaan pehmeän pohjan mallin yhteydessä ja kehävoimatasoksi asetettiin 30 N/m ja kestoaikana käytettiin 30 sekuntia. 3.5 Muut toimenpiteet ja mittaukset Levitystelan kääntäminen Levitystelan asentoa muuteltiin kireysprofiilin parantamiseksi. Kireysprofiilissa on jatkuvasti löysät reunat, jotka ovat n N/m keskirataa löysemmällä. Varsinkin hoi-

66 66(85) topuolen reuna on jatkuvasti löysällä. Tyypillinen kireysprofiili on esitetty kuviossa 28. Telan asteikolla 270 deg tarkoittaa telan kaaren osoittavan suoraan ylöspäin. Telan alkuasento oli telan asteikon mukaan 248 deg. Telaa käännettiin ensin 20 astetta reunoja kiristävään suuntaan, jolloin molemmat reunat kiristyivät noin 10 N/m. Telaa käännettiin vielä 15 astetta lisää, jolloin vain käyttöpuolen reuna kiristyi noin 5 N/m. Toinen muutos kuitenkin päätettiin palauttaa, koska radan hoitopuolella alkoi esiintyä aaltoilua ja konerullasta alkoi hoitopuolelta kuulua ääntä rullauksen aikana. Telan ollessa asennossa 283 deg konerullaan epäiltiin pääsevän ilmaa ja tela käännettiin takaisin asentoon 263 deg. (Metso Paper Oy 2009d.) Levitystelan kääntämisellä ei ollut vaikutusta pussirynkkyihin. Tambuurin pohjalla ollut siirtymä muutti hieman muotoaan. Levitystelan kääntämisen lisäksi levitystelalla ajettiin nopeuserokokeita, joissa levitystelan nopeuseroa kasvatettiin ja pienennettiin ja samalla tarkkailtiin telan sähkökäytön kuormitusta. Kokeiden mukaan levitystelan kuormituksissa tapahtui vain ± 5 %:n muutoksia. Kuormitusten pienten muutosten vuoksi on syytä epäillä, ettei levitystela pidä kunnolla. Levitystelan levitysteho laskee huomattavasti, jos pito puuttuu. Paperiradan hoitopuolen reunaa ei levitystelalla pystytä joka tapauksessa korjaamaan, koska profiilivirhe on suuri ja kapealla alueella ja syntyy jo aiemmin prosessissa. Hoitopuolen kireysprofiilivirhe on nähtävissä kuviossa 31. Kuvio 31: Ratakireyden kireysprofiili, hoitopuolen reuna löysällä

67 67(85) Koeajot eri täyteainepigmenteillä Täyteainepigmenttien osalta kokeiltiin eri annostelujen käyttöä ja niiden vaikutusta paperin kitkaan ja sitä kautta pussirynkkyyn. Normaaliannostelulla paperin kitkataso oli lepokitkan osalta välillä 0,4-0,45 ja annostelun pienentämisen tai lopettamisen seurauksena lepokitka laski alimmillaan tasolle 0,34. Kitkakertoimen aleneminen näkyi heti pussirynkkytilanteen pahenemisena. Myöskään normaalilla kitkatasolla pussirynkyt eivät hävinneet kokonaan. Lisäksi eri lajeilla käytettävät erilaiset täyteainemäärät vaikuttavat paperin kitkaan. Paljon kaoliinia sisältävät lajit (WHS ja WRG) osoittautuivat vaikeimmiksi rullauksen kannalta jo vanhalla rullaussylinterillä. Täyteainepigmenteillä voidaan suuresti vaikuttaa paperin kitkaan, kuten teoriaosassa todettiin iroll-mittaus Pussirynkkyongelmaan liittyen rullaimella tehtiin iroll-mittauksia kannettavalla laitteistolla. Mittausten tuloksia on esitelty liitteessä 4. Mittauksista ilmeni lievä vinokuorma rullausvaunujen tullessa kontaktiin tambuuriraudan kanssa kuormanvaihdon yhteydessä. Vinokuorma on kuitenkin vain luokkaa 0,3 kn/m ja vinokuormaasetuksella kompensoiduissa rullissa pussirynkkytilanne oli sama. Kuormanvaihdon yhteydessä tapahtuu viivakuormaan epäjatkuvuuskohtia lukitusleukojen avautuessa ja käyttöjen kytkinten vaihtuessa. Näiden epäjatkuvuuskohtien yhteys pussirynkkyyn ei kuitenkaan ole selvä, sillä erot eivät ole suuria. Epäjatkuvuudet voivat kuitenkin selittää siirtymiä tambuurin päässä. (Metso Paper Oy 2009c) Toinen mittauksista havaittu seikka oli viivakuorman pysyminen asetettua korkeammalla tambuurin loppua kohti. Eroa asetuksen ja iroll-mittauksen todellisen tason välillä on 1,2 kn/m tambuurin pinnassa. Tästä johtuen asetusarvoa pudotettiin viivakuormakäyrää muuttaen enemmän pintaa kohti laskevaksi, mikä näkyi myös mittauksessa. Virhe viivakuormatasossa voi johtua rullausvaunujen kitkan kasvusta tambuurin koon mukana, jolloin rullausvaunujen aiheuttama vastus lisää viivakuormaa. (Metso Paper Oy 2009c.) iroll-mittauksissa näkyi reuna-alueiden paksuusprofiilin virheitä. Jos kalanterilta pyydettävä paksuusprofiili asetettiin suoraksi, reunat olivat koholla. Paksuusmittarin toiminta reuna-alueilla on huonoa, sillä paksuusmittauksen mukaan ajettaessa kalanteri ei

68 68(85) korjaa reuna-alueiden virheitä. Tämän vuoksi reuna-alueille joudutaan ottamaan manuaalisesti lisää kuormitusta. Etureunan manuaalinen kuormittaminen kalantereilla huonontaa entisestään kireysprofiilia. Mittapalkin paksuusmittaus ei iroll-kokeiden ja käytännön kokemusten perusteella toimi kunnolla radan reuna-alueilla J-linja-testit Maaliskuun lopulla konerullille ja leikkurin asiakasrullille tehtiin J-linja-testejä. Konerullissa ei testien perusteella tapahdu kerrosten välistä luistoa pohjalla rullauksen aikana eikä myöskään aukirullauksen aikana. J-linja-testien perusteella pussirynkyt saattavat syntyä siis muulla mekanismilla, kuin kerrosten välisen luiston avulla. Mahdollisia muita mekanismeja ovat ilman pääseminen rullaan ja epätasaisen kireysprofiilin aiheuttama vekkaantuminen rullausnipissä. Diagonaalisten ryppyjen syntymisen syytä on mahdotonta päätellä itse rypyistä, koska samanlaisia rullausvikoja voi syntyä muutamalla eri mekanismilla. Leikkureilla, erityisesti pituusleikkurilla PL51, ilmeni tehtyjen J-linja-testien avulla, että asiakasrullien pintaan syntyvät pussirynkyt voivat mahdollisesti syntyä vasta pituusleikkurilla, sillä J-linjatestit osoittivat kerrosten liikkuvat rullan pinnassa kiristyvään suuntaan enemmän kuin on normaalia. Leikkurin ajokireyttä lisättiin, mikä vaikutti J- linja-testien perusteella luistoa vähentävästi Muut toimenpiteet Rullaimen mekaaniseen toimintaan liittyen tehtiin rullauskiskojen ja tambuuriraudan välisiä välyskokeita ja testattiin, onko välyksissä eroa eri konereunojen välillä. Välyksiä testattiin laittamalla teippiä rullauskiskoihin ja tarkkailemalla, ovatko syntyvät raahausjäljet yhteneväisiä eri reunojen välillä. Normaalitoiminnassa alkurullauslaite ei Opti- Reel-rullaimella käänny suoraan kiskoihin kiinni, vaan rullaus jatkuu hieman kiskojen yläpuolella. Tämän välyksen mitattiin olevan riittävä, varsinkin uusinnan jälkeen tehtyjen 0,1 mm mellausten jälkeen, joilla välystä kasvatettiin ohuilla metallilevyillä. Nykyisellään välys on molemmissa reunoissa yli 0,3 mm, eikä vinokuormaa pitäisi aiheutua ainakaan tambuurin epätasaisesta kulkemisesta kiskoilla. (Metso Paper Oy 2009d.)

69 69(85) 4 Päätelmät ja ehdotuksia jatkotoimenpiteistä Rullaussylinterin uusintaprojekti on ollut todella vaikea ja projektin aikataulu on venynyt suunnitellusta. Tavoiteltujen kustannussäästöjen sijasta hylkymäärät ovat vain lisääntyneet, koska pohjamuuttojen kapeat reunarullat joudutaan lähes poikkeuksetta hylkäämään pussirynkkyjen vuoksi. Tilanne ei mennessä ole parantunut merkittävästi. Suoritettujen lukuisten kokeiden ja mittausten avulla ei ole löydetty pussirynkyn syntymiselle selvää syytä. Pohjakatkot leikkurilla saatiin kuitenkin loppumaan parametrimuutosten avulla, joten pussirynkyn voimakkuuteen parametreilla pystytään vaikuttamaan. Paperin kitkan muutokset alaspäin täyteaineilla pahensivat pussirynkkyongelmaa, eikä pussirynkyttömiä konerullia onnistuttu ajamaan alhaisella kitkalla. Korkeammallakin kitkalla pussirynkkyä silti esiintyy. Parametrimuutosten perusteella voidaan todeta, että viivakuorman tasoa kasvattamalla pussirynkyistä ei päästä eroon. Konerullan rakenteen kokeiluita on mahdollista vielä jatkaa siten, että kovemman pohjan aluetta jatketaan esimerkiksi 300 mm asti, jotta pohja-alueeseen kohdistuvat rasitukset jakautuvat suuremmalle alueelle. Myös yli 300 N/m kehävoiman käyttämistä samalle pohja-alueella tulisi päästä kokeilemaan, mutta nykyinen alkurullauksen sähkökäytön moottori ei tätä mahdollista. Parametrien yhdistelmien kokeilujen perusteella vaikuttaa siltä, että pussirynkyn pääasiallinen syntylähde voi olla myös poikkisuuntaisissa profiileissa tai muussa tuntemattomassa seikassa, koska konerullan rakenteen muutoksilla ei saatu aikaan johdonmukaisia tuloksia. Erityisesti paperiradan hoitopuolen jyrkkä kireysprofiilin muutos saattaa edistää pussirynkkyjen syntymistä. Tätä tukevat havainnot siitä, että pussirynkkyjä esiintyy eniten juuri hoitopuolella ja kapeissa leikkurirullissa. Kapeilla rullilla kireysprofiilin muutos suhteutettuna rullan leveyteen on todella suuri, mikä voi jo itsessään aiheuttaa pussirynkkyä leikkureilla. Leveillä asiakasrullilla pussirynkkyjen määrä oli selvästi alhaisempi, kuten kuviosta 26 nähdään. Perinteinen kantotelaleikkuri on soveltuvuudeltaan muutenkin huono tiheälle, ohuelle ja melko liukkaalle luettelopaperille (Airola ym. 1999, 184). Lisäksi se, että pussirynkkyä esiintyi jopa kolmannessa leikkurimuutossa, tukee havaintoa siitä, että leikkureilla on oma osuutensa pussirynkyn syntymiseen.

70 70(85) Konerullan osuutta pussirynkkyyn ei silti voida kiistää, koska vanhalla rullausylinterillä pussirynkkyongelma oli hyvin hallinnassa ja liukkaillakaan WRG-lajeilla pussirynkkyä ei esiintynyt, kun ajettiin neljän muuton kokoisia konerullia. Uudella rullaussylinterillä edes konerullan koon pienentäminen ei auta. Lisäksi konerullan kääntäminen osoitti, että pussirynkyllä on selvä yhteys konerullaan ja konerullan reunoihin. Suurin ero uuden ja vanhan rullaussylinterin välillä on parempi pito radan ja sylinterin välissä sekä pehmeän rullausnipin erilainen viivakuormavaikutus. Jompikumpi näistä on aiheuttanut pussirynkkyongelman pahenemisen, sillä muita muutoksia prosessiin ei ole tehty ja paperin kitkat ovat normaalilla tasolla. Parametrimuutosten tehottomuuden ja epäjohdonmukaisten tulosten perusteella on syytä olettaa, että rullaussylinterin parempi pito on vaikuttanut radan hallintaan ja kireysprofiiliin ja aiheuttanut toistaiseksi tuntemattomasta syystä ongelman pahenemisen. Yksi mahdollinen selitys voi olla kireysprofiilin etureunan muutosgradientin kasvaminen paremman rullaussylinterin pidon ansiosta. Paremmalla pidolla paperikoneen märästä päästä tuleva profiilivirhe korostuu ja levitystelalla virhettä ei saada korjattua. Konerullan hoitopuolen reunassa esiintyy välillä tähtikuviota, joka omalta osaltaan kertoo reunan kireysongelmista. Myös liitteessä 5 olevat kovuusprofiilimittaukset vahvistavat tämän. Jatkokokeiden aikana tulisi pyrkiä korjaamaan etureunan kireysprofiilia ja mahdollisesti parantamaan levitystelan pitoa, jos mahdollista. Lisäksi kehävoiman lisäämisen mahdollinen vaikutus tulisi tutkia. Tilanne konerullauksessa on edelleen huono ja hyötysuhde kärsii pussirynkkyongelmasta. Lisäksi pussirynkyt ja niiden tarkastaminen työllistävät jälkikäsittelyn miehistöä tarpeettomasti normaalitilanteeseen verrattuna. Metso jatkaa toistaiseksi kokeita pussirynkkyongelman selvittämiseksi, mutta tämän työn seurantajakson aikana ongelmaan ei löydetty ratkaisua.

71 71(85) Lähteet Airola, Niiles; Happonen, Esa; Jorkama, Marko; Kojo, Teppo; Komulainen, Pekka; Luomi, Seppo; Malinen, Unto; Paanasalo, Jari; Rautakorpi, Timo; Turunen, Ismo & Veräjänkorva, Janne Reeling and winding. Teoksessa Jokio, Mikko (toim.) Papermaking Science and Technology, book 10, Papermaking Part 3, Finishing. Helsinki: Fapet Oy, Garoff, Niklas The Friction between Paper Surfaces. Väitöskirja. [pdf] Saatavissa: Häggblom-Ahnger, Ulla & Komulainen, Pekka 2003/2005. Paperin ja kartongin valmistus painos. Jyväskylä: Opetushallitus. Jorkama, Marko Contact Mechanical Model for Winding Nip. Väitöskirja. [pdf] Saatavissa: [Julkaistu painettuna: Teknillisten Tieteiden Akatemia, Acta Polytechnica Scandinavica, Mechanical Engineering Series No. 146, Espoo, ISBN ] Kajanto, Ismo; Laamanen, Jouko & Kainulainen, Matti Paper bulk and surface. Teoksessa Niskanen, Kaarlo (toim.) Papermaking Science and Technology, book 16, Paper Physics. Helsinki: Fapet Oy, Metso - leading supplier of technology and services for pulp and paper industry [www-sivu] [viitattu ]. Metso Paper Oy iroll reel drum Reeling goes intelligent. [pdf]. Saatavissa: E-3832B/$File/iRoll_reel_drum_ENG.pdf?openElement Metso Paper Oy Pehmeäpintaisen rullaussylinterin koeajot WEB ajettavuuskoekoneella Julkaisematon raportti. Metso Paper Oy 2009a. KAI4REEL softamuutokset (Rev. 5). [pdf]. Julkaisematon raportti. Metso Paper Oy 2009b. ReelSeal Compliant reel Drum Cover. [pdf]. Saatavissa: E-D1809/$File/33143_V3_EN.pdf?openElement Metso Paper Oy 2009c. UPM Kaipola PK4 iroll-mittaukset [ppt]. Julkaisematon raportti. Metso Paper 0y 2009d. UPM Kaipola PK4 rullainviritykset. [ppt]. Julkaisematon raportti.

72 72(85) Paanasalo, Jari Modelling and Control of Printing Paper Surface Winding. Väitöskirja. [pdf] Saatavissa: [Julkaistu painettuna: Picaset Oy, Helsinki, ISBN ] Roisum, David R. 1996/1998. The Mechanics of Rollers. Atlanta, GA, USA: TAPPI PRESS. Roisum, David R The Mechanics of Web Handling. Atlanta, GA, USA: TAPPI PRESS. Räntilä, Pekka Mikrokreppaus. Amk-opinnätetyö. [pdf] Saatavissa: ence=1. Tampere: Tampereen ammattikorkeakoulu. VTT Tuotteet ja tuotanto KnowPap Versio 9.0. [online] [viitattu ]. Saatavissa: file://///book/knowpap/suomi/knowpap_system/user_interfaces/tuotantopros essit/papvalm.htm US Patent Anti-slip composition for paper. [online] [viitattu ]. Saatavissa: Ärölä, Kilwa Constitutive Modelling and Computational Simulation of Nip Mechanics and Winding of Paper Rolls. Väitöskirja. [pdf] Saatavissa:

73 73(85) Liitteet Liite 1: Ratakireyskäyrät Liite 1 jatkuu seuraavalla sivulla.

74 74(85) Liite 1 jatkuu edelliseltä sivulta. Kireyskäyrä 8 on vanha käytössä ollut kireyskäyrä.

75 75(85) Liite 2: Kehävoimakäyrät Liite 2 jatkuu seuraavalla sivulla.

76 76(85) Liite 2 jatkuu edelliseltä sivulta. Liite 2 jatkuu seuraavalla sivulla.

77 77(85) Liite 2 jatkuu edelliseltä sivulta. Kehävoimakäyrä 8 on vanha käytössä ollut kehävoimakäyrä. Liite 2 jatkuu seuraavalla sivulla.

78 78(85) Liite 2 jatkuu edelliseltä sivulta. Liite 3: Viivakuormakäyrät Liite 3 jatkuu seuraavalla sivulla.

79 79(85) Liite 3 jatkuu edelliseltä sivulta. Liite 3 jatkuu seuraavalla sivulla.

80 80(85) Liite 3 jatkuu edelliseltä sivulta. Viivakuormakäyrä 5 on vanha viivakuormakäyrä. Liite 3 jatkuu seuraavalle sivulle.

81 81(85) Liite 3 jatkuu edelliseltä sivulta. Liite 3 jatkuu seuraavalla sivulla.

82 82(85) Liite 3 jatkuu edelliseltä sivulta. Liite 3 jatkuu seuraavalla sivulla.

83 83(85) Liite 3 jatkuu edelliseltä sivulta. Viivakuormakäyrän 3 viimeisin versio, otettu Liite 4: iroll-mittausten tuloksia (Metso Paper Oy 2009c.) Normaali kovuusprofiili Liite 4 jatkuu seuraavalla sivulla.

84 84(85) Liite 4 jatkuu edelliseltä sivulta. Viivakuorman tasoero konerullan pinnassa Sähkökäyttöjen vaihdon aiheuttama heilahdus Liite 4 jatkuu seuraavalla sivulla

85 85(85) Liite 4 jatkuu edelliseltä sivulta. Viivakuormamittaus suoralla kalanteriprofiililla Liite 5: TAPIO RPQ Mittauksien tulokset 30 Konerullan CD-kovuusprofiili muutoittain 907mm 745mm 565mm 340mm 20 Suhteellinen kovuus, % Etäisyys HP:lta, m Konerullan CD-kovuusprofiili, hoitopuolen reuna pehmeä (Sami Hyötynen, Metso Paper Oy)