27. August 2009
Kirjoittaja: Pekka Komulainen
Companies: Ahlström, ASEA, Beloit, Cameron, Finnpap, Jagenberg, Kaukas, Kymin Osakeyhtiö, Metsäliitto, Rauma-Repola, Strömberg, TKK, TVW, Valmet, Voith, Wärtsilä, Yhtyneet Paperitehtaat
People: Eero Turunen, Erkki Kivimäki, Erkki Oila, Georg Ehrnrooth, Ilpo Lindell, Jaakko Uotinen, Jarmo Malmi, Kaj Fabritius, Kauko Tomma, Krister Ahlström, Markku Kyytsönen, Martti Karttunen, Martti M. Kaila, Niilo Ryti, Pauli Koutonen, Pekka Komulainen, Raimo Laitinen, Sami Pitkänen, Seppo Saukkonen, Walter Dörfel
5.5. Wärtsilän pituusleikkurit
Pituusleikkurit ja rullaimet
1. Kantotelaleikkurit
Asiakasrullien tekoon käytettiin lähes yksinomaan kantotelaleikkureita 1960-luvulla. Kantotelaleikkurit olivat silloisen mittapuun mukaan tehokkaita ja rullan laatua hallittiin rainan jarrutuskireyden, kantotelojen momenttieron ja painotelan kuormituksen avulla. Suomessa tällaisia leikkureita teki mm. Valmet Rautpohjan tehtaalla. TVW-sopimuksen myötä leikkurien valmistus siirtyi kuitenkin Wärtsilälle ja siellä suunniteltiin kantotelaleikkureiden työhevonen KL 1000 Kauko Tomman ja Martti Karttusen johdolla. Ensimmäinen KL 1000 starttasi Kuusankoskella 1979. Niitä toimitettiin reilusti yli sata kappaletta ympäri maailman. Nykyinen Metson kantotelaleikkuri nimeltään WinDrum on KL 1000:n seuraaja.
Rullan halkaisijoiden ja paperin tiheyden kasvaessa rullan oma paino kantoteloja vasten nousi kuitenkin liian suureksi ja virheettömän rullan valmistus kävi yhä vaikeammaksi. Erityisesti kiiltävät, voimakkaasti superkalanteroidut ja päällystetyt paperit olivat ongelmallisia. Rullattaessa suurihalkaisijaisia rullia ohuista ja kiiltävistä papereista kantotelaleikkurit aheuttivat rullan pinnan alle kreppirynkkyjä ja sisäisiä repeämiä, jotka usein huomattiin vasta painotaloissa rainan katketessa hiukan lentävän vaihdon jälkeen. Niiden eliminoimiseksi tehtiin 1970-luvulla paljon tutkimusta aluksi Wärtsilän ja Strömbergin kesken sekä myöhemmin Wärtsilän, Asean ja ruotsalaisten sanomalehtipaperitehtaiden yhteistyönä 1980-luvun alussa. Tämän tuloksena parannettiin säätötekniikkaa ja rullauksen hallintaa, jotta ongelmat voitaisiin välttää ja päästäisiin suurempiin rullakokoihin.
Paljon myöhemmin, 1980-luvulla, kehitettiin erilaisia kantotelaleikkurin muunnelmia, joilla liiallista nippipainetta voidaan vähentää. Täillaisia ovat Jagenbergin kehittämät rullan ilmakevennys kantotelojen välistä sekä kantotelan tai molempien telojen pinnoittaminen joustavalla materiaalilla. Näitä ratkaisuja kehitti myös Beloit sekä myöhemmin Metso Paper Järvenpään tehtaallaan. Ne kuitenkin auttavat vain pienehköön rullan maksimihalkaisijan kasvuun. Paineilmakevennys on verrattain hankala ratkaisu ja onkin sittemmin jäänyt harvinaisuudeksi. Sen sijaan joustavia pinnoitteita käytetään enenevässä määrin rullausnipin hallintaan.
Kun sanomalehtipaperin rullauksessa alkoi parannetusta säätötekniikasta huolimatta esiintyä ratkaisemattomia ongelmia rullakoon kasvaessa ja erityisesti kierrätyskuidun määrän lisääntyessä, oli pakko kehittää kunnollinen kantotelaleikkurin modifikaatio.Tämä todellinen suomalainen innovaatio kehitettiin 1980-luvun puolivälissä, kun silloisen Wärtsilän Järvenpään tehtaalla aloitettiin hihnatuetun WinBeltin suunnittelu Kauko Tomman johtamana. Suuren työn WinBeltin kehityksen vaikeina alkuaikoina teki myös Seppo Saukkonen. Ensimmäinen tuotantomittainen WinBelt käynnistettiin Rauman PK 3:lla muuttamalla KL 1000 kantotelaleikkuri WinBeltiksi vuonna 1989.
WinBeltissä paperin kulkusuunnassa toinen kantotela korvattiin pyörivällä hihnastolla. Näin saatiin kasvava osa rullan painosta kallistettua hihnojen varaan ja paine ensimmäistä, rullan tiukkuuden määräävää kantotelaa vasten voitiin hallita. Hihnalla saatiin aikaan myös tehokas rullaa kiristävä vaikutus jarruttamatta aukirullauksesta liian paljon ja näin voitiin vähentää leikkurin katkomääriä. Samalla kantotelaleikkurin korkea teho voitiin säilyttää, kun muutonvaihtoaika lyheni entisestään helpohkon automatisoinnin ansiosta.
WinBelt leikkurista kehitettiin myös leikkuriuusintoja varten versio, joka oli verrattain nopea asentaa lyhyen seisokin aikana. Esimerkiksi Grand Couronnen sanomalehtipaperikoneella PM 6 WinBelt ratkaisi leikkuriongelmat 1990-luvun alussa. Samaa ratkaisua edelleen kehitettynä myy vielä tänä päivänä Metso Paper ja siitä saatuja ideoita on sovellettu myös uusimpiin keskiörullaimiin.
2. Hylsyltä tukevat pituusleikkurit eli keskiörullaimet
Rullan painosta johtuvia fysikaalisia tosiasioita vastaan oli mahdotonta taistella ja jo 1960-luvun puolivälissä kehitettiin ensimmäiset hylsyltä tukevat pituusleikkurit, joka ratkaisu tuleekin helposti mieleen paperikoneen rullaimesta. Pituusleikkurilla rullataan kuitenkin monta erillistä paperirullaa rinnakkain ja ohuet kartonkihylsyt taipuvat helpommin verrattuna tampuurirautoihin. Rullia voidaan kuitenkin tukea molemmista päistä, kun kukin rulla rullataan ja tuetaan erikseen. Jotta jonkunlaiset tukivarret ja istukat mahtuisivat rullien päätyihin hylsyn sisään, pitää kukin leikattu raina rullata vuorotellen rullaussylinterin eri puolille. Ensimmäiset tällaiset leikkurit tehtiin USA:ssa aika suoraan Pope-rullaimen kopioina eli rullaa kuormitettiin hylsystä rullaussylinteriä vasten vaakasuorassa ja koko rullan paino oli hylsyn varassa. Tunnetuin toimittaja oli Cameron, joka toimitti päällystetyille ja itsejäljentävälle paperille ns. MIR-leikkurin (Multiple Individual Roll). Siinä rullaa kannateltiin istukoiden varassa ja painettiin horisontaalisesti rullaussylinteriä vasten. Istukoissa oli lisäksi hydraulikäyttö, jolla rullan pohja saatiin tiukemmaksi ja rullan maksimihalkaisijaa pystyttiin hiukan korottamaan. Ongelmana oli leikkurin alhainen tehokkuus ja erityisesti hydraulikäytön aiheuttamat ongelmat.
Samoihin aikoihin tuli myös seuraava pituusleikkuri eli Beloitin Bi-Wind, joka oli periaatteessa kantotelaleikkuri käännettynä 90 astetta. Kahden tukitelan molemmin puolin rullattiin rullat ja kuormitettiin hylsyiltä. Yksi ongelma oli, että keskiövetoa ei ollut ja toisaalta momenttieron vaikutus oli erilainen ”kantotelojen” eri puolilla.
Euroopan johtava leikkurivalmistaja Jagenberg kehitti 1970-luvun alussa pituusleikkurin nimeltä Vari-Twin, joka hiukan myöhemmin muutti nimensä VariRolliksi. Tässä ei ollut käyttöä hylsyistukoissa. VariRollin tehokkuus oli verrattain hyvä, mutta rullan laadun hallinta ei ollut kovin monipuolinen. Jagenberg mainosti tuohon aikaan voimakkaasti, että tarvitaan vain yksi leikkuri paperilinjaa kohti ja taisipa jopa taata sen. Moni paperitehdas haksahti tähän ja joutui sitten ajoittain seisottamaan paperikonetta ”rautapulan” takia niin kauan kunnes sai hankituksi toisen pituusleikkurin.
Alun perin keskiörullaimien kehitystyö käynnistyi Suomessa 1960-luvun lopulla. Professori Niilo Rytin johdolla tehtiin ensin sarja paperin rullausta käsitteleviä diplomitöitä Otaniemessä. Näiden avulla rullaustietämys parani. Varsinainen sysäys tuli Finnpapilta 1970-luvun alussa, kun markkinat vaativat yhä suurempia rullia. Työryhmä Erkki Kivimäki, Erkki Oila ja Pekka Komulainen tapasivat suomalaisten konepajojen Valmetin, Wärtsilän ja Ahlströmin edustajia, joita kannustettiin kehittämään pituusleikkureita, joilla voitaisiin rullata entistä suurempia rullia.
Paperintekijöiden kehotuksen ottikin Wärtsilä tosissaan ja kehitti Kauko Tomman ja Ilpo Lindellin johdolla päällystetyn paperin rullaukseen Twin-Winder pituusleikkurin, jonka prototyyppi starttasi Kymin päällystyskone 2:lla ja varsinaiset tuotantoversiot 1973 Kirkniemen ja 1975 Kaukaan päällystyslinjoilla. Leikkurimallin etuna oli sähköinen keskiöveto, jolla saatiin rullan pohja entistä tiukemmaksi. Rullan tukivarret oli nivelöity niin, että rullan kasvaessa rullausnippi laskeutui yhä alemmas keskellä olevan rullaustelan pinnassa – jopa niin alas, että se meni alle horisontaalitason suurilla rullahalkaisijoilla. Tämä oli myös leikkurin yksi heikkous, koska hylsyn kuormitus kasvoi sekä rullan painon että geometrian vaikutuksesta. Twin-Winderien kapasiteetti oli myös alhainen ja erityisesti muutonvaihtoajat olivat pitkät.
Kun nyt oli sentään jotakin ainutlaatuista uutta kerrottavaa pidettiin Järvenpäässä ensimmäinen suurempi pituusleikkuriseminaari kansainväliselle asiakaskunnalle vuonna 1977. Seminaarissa olivat mukana mm. johdon edustajat Georg Ehrnrooth ja Krister Ahlström. Perusteellisen teoreettisen esitelmän piti Wärtsilän tutkimusjohtaja Martti M. Kaila. Onnistunut seminaari olikin lähtölaukaus toistuville asiakasseminaareille, joita sittemmin pidettiin 1980-luvulla liiankin kanssa eli joka vuosi sekä Suomessa että Neuvostoliitossa. Tätä kirjoittaessani kaivankin hyllystäni siellä ylväästi vuosikymmenet seisseet vanhat 1980-luvun valkoiset mapit Wärtsilän Jälkikäsittelyseminaareista ja totean tekniikan kehittyneen niin paljon, että voin ne jo heittää pois.
Rullakokojen kasvaessa törmättiin ennen kokemattomiin ongelmiin keskiörullaimia käytettäessä. Liika kuormitus rullan kehällä tuhosi rullan kantotelaleikkureilla. Keskiörullaimilla pääkuormitus siirtyikin hylsylle ja ensimmäiset ongelmat tulivat vastaan hylsyn kestävyydessä. Aloitettiin voimakas hylsyjen lujuuden kehittäminen Ahlströmin kanssa. Näin saatiin hylsyjen palstautuminen istukan alueelta loppumaan, mutta sitten eivät rullat kestäneet, vaan paperikerrokset repeytyivät irti rullan pohjassa jo rullauksen aikana rullan painon kasvaessa. Alkuvaiheessa ei myöskään tajuttu paperin kitkan vaikutusta näihin ilmiöihin.
Myös Ahlström kehitti Walter Dörfelin johdolla oman keskiöleikkuriratkaisun Syromat C, jossa oli hydraulinen keskiöveto. Ahlströmin lopetettua paperikoneliiketoiminnan näiden leikkureiden kehitys sittemmin pysähtyi. Beloit osti Ahlströmin leikkuritoiminnot ja Syromat C koki 1985 uuden tulemisen nimellä Beloit/Lenox Bi-Wind HTC (High Torque Centerwind), mutta senkään menestys ei ollut kovin kummoinen.
3. Hylsyltä ja kehältä tukevat keskiörullaimet
Erityisesti syväpainorullien painon kasvaessa jopa kuuteen tonniin ei pelkkä tuki hylsyltä riittänyt, vaan rullausgeometriaa oli jälleen kerran muutettava. Oli loogista, että rullausnipit eivät olleet enää vaakasuorassa, vaan hylsyn kuormitusta vähennettiin tukemalla rullia myös rullaustelalla. Näin voitiin vähentää hylsyn ja rullan pohjan kuormitusta rullausnipin viivakuorman puitteissa. Pope-tyyppisiä leikkureita voitiin kutsua kello 9-3 leikkureiksi ja uusia leikkureita kello 11-01 leikkureiksi, koska rullausnippi oli noin 30 asteen kulmassa pystysuoraan nähden. Tällaisia leikkureita kehittivät Jagenberg ja Wärtsilä samanaikaisesti. Jagenbergin VariTop-leikkurissa on yksi iso rullaussylinteri keskellä ja Wärtsilän JR 1000- leikkuriin suunniteltiin kaksi erillistä pienempää kantotelaleikkurin kantotelan kokoista rullaustelaa. Molemmat kuitenkin toimivat kello 11-01 periaatteella ja rullien paino voitiin viimein nostaa jopa kahdeksaan tonniin. Kauko Tomman vahvalla taustatuella toteutetun Wärtsilän JR 1000- leikkurin ideoinnissa oli mukana mm. Kaj Fabritius ja pääsuunnittelun teki Jarmo Malmi työryhmänsä kanssa. Myös Kaukaan paperitehtaan Sami Pitkänen otettiin kehitystyöhön mukaan alusta alkaen. Ensimmäinen tuotantomittainen JR 1000 starttasi 1984 Rauman PK 2:lla, joka tekee syväpaino SC-paperia ja siten isoja rullia.
Kilpailu Jagenbergin ja Wärtsilän välillä oli kovaa keskiörullaimissa. Voith ja Beloit eivät päässeet kunnolla kilpailuun mukaan. Tosin Voith kehitti oman DuoRoller kaksoisrullaimen, joka oli kuin kaksi kantotelaleikkuria yhdistettynä. Se jäi kuitenkin muutaman tehtaan harvinaisuudeksi ja myöhemmin Voith ostikin Jagenbergin leikkuritoiminnot.
Kun näytti siltä, että syväpainorullien halkaisijat ja erityisesti leveydet kasvavat rajusti, aloitettiin Järvenpäässä 1990-luvun alkupuolella entisestään parannetun leikkurimallin eli WinRollin kehitys. Tällä mallilla pitäisi päästä jopa 10 tonnin rullien rullaamiseen. Leikkurin kantava idea oli, että rullausnipin ja hylsytuennan lisäksi tarvitaa lisää tukea, jotta rullan pohjan kuormitusta voitaisiin vähentää ja leveän rullan taipumista pienentää. Aluksi oli ideana käyttää erillistä tukitelaa, mutta sitten huomattiin, että leikkurissa jo muuten olevat painotelat voidaan siirtää rullauksen aikana rullan alle tukemaan rullaa ja siten keventämään hylsyn kuormitusta ja pienentämään taipumaa. Kun WinBeltissä oli jo käytössä hihnatekniikka oli luonnollista, että hihnoja käytettiin myös painotelojen ympärillä, jotta paine rullaa vasten saatiin tasaisemmaksi. Kun lisäksi huomattiin, että rullan pohja saadaan kireäksi liittämällä käyttö hihnoihin, kuten WinBeltissä, olivat leikkurin geometrian perusideat valmiit. Samalla voitiin luopua kalliista ja hankalasta keskiövedosta. Kuvaavaa oli, että kun Wärtsilällä oli keskiöveto, Jagenberg mainosti, ettei sitä tarvita. Kun sitten Wärtsilä luopui keskiövedosta, Jagenberg mainosti, että keskiöveto on välttämätön ja jopa molemmissa päissä.
Voikkaan PK 11 sai kunnian startata 1997 ensimmäisen WinRollin. Paperilaji oli ensimmäinen kunnon MFC eli ei varsinaisesti rullauksen kannalta vaativin päällystetty paperi. Voikkaalta saatiin kuitenkin hyviä kokemuksia ja myöhemmin on leikkureita toimitettu vaativimmillekin syväpainopapereille. 10 tonnin painoisia rullia on jo onnistuneesti testattu. WinRollin projektia johti innovatiivisesti ideoiva, armoitettu automaatiomies Pauli Koutonen, joka oli jo ansioitunut automaattisen rullanpakkauslinjan luojana. Mekaanisesta suunnittelusta vastasi Jarmo Malmi kokemuksineen JR 1000 leikkurista. Tässäkin projektissa oli Kaukaan paperitehtaan asiantuntijana Raimo Laitinen alusta asti mukana. Saattoi arvata, että leikkurin kapasiteetti ja automaatio ovatkin huippuluokkaa ja tekniset ratkaisut vieläkin ylivertaisia. Ainoa haitta lienee se, että näin leikkurista tuli kalliimpi ja sen kunnossapito on myös vaativampaa.
4. Konerullaimet
Päällystettyjen paperien ohetessa ja paperikoneen tampuurien eli konerullien halkaisijoiden kasvaessa alkoi Pope-tyyppisten rullaimien ongelmat kasvaa niin, että 60 km:n rullasta piti hylätä pohjalta aina kilometrin verran. Kun off-machine päällystyslinjalla on neljä tällaista kiinnirullausta ja neljä aukirullausta kokoleveältä tampuurilta, rupesivat hylkymäärät kasvamaan sietämättömän suuriksi. Ongelmat olivat vastaavia kuin pituusleikkureilla eli pohjalle tuli reunoihin kreppirynkkyjä ja repeämiä tampuurin loppurullauksen aikana. Ongelma johtui tampuurirautojen taipumisesta sekä hallitsemattomasta rullauksesta tampuurin vaihdon yhteydessä siirrettäessä uusi konerulla ensiöhaarukoilta varsinaiseen rullausasemaan.
Ongelman parissa askaroitiin turhan kauan, koska ns. TVW-sopimus jakoi busineksen Wärtsilän ja Valmetin välillä siten, että vain paperikoneen Pope-rullaimen jälkeiset laitteet kuuluivat Wärtsilälle. Telakkateollisuuden kriisin johdosta saatiin kuitenkin ratkaisu, jossa Valmetin ja Wärtsilän paperikonetoiminnot yhdistettiin Valmetiin ja telakkatoiminnot Wärtsilään vuonna 1986. Yhdistymisen jälkeen Valmetin Eero Turunen kutsui Rautpohjan ja Järvenpään asiantuntijat yhteiseen rullausseminaariin Hyvinkäälle, jossa käsiteltiin rullausteknologiaa ja uusia ratkaisuja paperikonerullaimeksi. Tästä alkoi sittemmin erittäin menestyksekkään ja uraauurtavan OptiReel-rullaimen kehitys.
Perusidea OptiReelissä on, että rullan vaihtoa ei tehdä niin, että paperia rullataan rullan pohjalle koko ajan laskeutuvalle tampuuriraudalle, jolla hallitsematon rullaus myöhemmin tuhoaa rullan pohjan. Parempi on tehdä vaihto niin, että uusi tampuurirauta on jo lopullisessa rullausasennossa ja vaihdon aikana tuleva hiukan hallitsematon rullaus tulee tampuurin pinnalle, jossa se ei joudu voimakkaan kuormituksen runtelemaksi. Tämän onnistumiseksi vaadittiin kunnollinen keskiöveto tampuuriraudasta. Näin voidaan myös kiristää rullan pohjaa keskiövedolla aivan kuten silloisessa JR 1000 pituusleikkurissa. Markku Kyytsösen johdolla tehtiin käytännön kehitystyö ja ensimmäinen OptiReel käynnistyi UPM:n Jämsänkosken PK 6:lla vuonna 1992. Kun samalla tampuurirautojen halkaisijaa kasvatettiin ja saatiin siten raudat jäykemmiksi, voitiin tampuurin halkaisijaakin kasvattaa ja näin vähentää pohjahylyn lisäksi pintahylkyä sekä lisätä jälkikäsittelykoneiden kapasiteettia.
Järvenpään rullaimien ja pituusleikkurien maailmanlaajuisesti johtavasta kehitystyöstä voitaneen yhteenvetona todeta, että tuskin millään yksittäisellä paperiklusterin tuotteella on saavutettu niin ylivertaista asemaa kuin Järvenpään rullausteknologialla. Sitä eivät ole pahemmin päässeet häiritsemään tehtaan seinässä olevan nimen vaihtuminen Wärtsilästä Valmetiin ja edelleen Metsoon. Osaltaan pituusleikkureiden kehitystyötä edisti myös uusien paperikoneiden nopeuksien nousu. Kiivaimman kehityksen aikana tapahtui se murros, että yhtä paperikonetta kohti tarvittiinkiin kaksi pituusleikkuria. Tämä on pitänyt pituusleikkureiden tilauskannan kaiken aikaa niin hyvällä tasolla, että on ollut varaa myös tuotekehitykseen.
Kiitos esimerkillisestä kehitystyöstä kuuluu myös niille Järvenpään tehtaan johtajille ja esimiehille, kuten Pekka Salo, Martti Karttunen ja Jaakko Uotinen, jotka ovat antaneet ideoiden pulputa ja omilla ennakkoluulottomilla päätöksillään vieneet kalliit tuotekehitysprojektit loppuun. Saumaton yhteistyö suomalaisten tehtaiden rullausasiantuntijoiden kanssa on osaltaan auttanut hyviin ratkaisuihin päätymiseen. Ei sovi myöskään unohtaa niitä paperitehtaiden johtajia, jotka ovat tilanneet suuren riskin sisältävät ensimmäiset tuotantoleikkurit. Näitä tehtaitahan ovat olleet mm. Kirkniemen, Kuusankosken, Kaukaan, Rauman, Voikkaan ja Jämsänkosken tehtaat noin kahdenkymmenen vuoden aikana 1975-1995. Kehitystyö jatkuu, mutta kovin mullistavia ratkaisuja ei ole viime vuosikymmenellä tullut - ei kai ole ollut tarvettakaan.
Lue myös teksti OptiReel