CH674479A5

CH674479A5 -

Info

Publication number: CH674479A5
Application number: CH123088A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Schuwerk
Original assignee: Escher Wyss Gmbh
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1990-06-15
Also published as: DE3905336C2; DE3905336A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Presskraft einer Durchbiegungseinstellwalze mit einem um einen feststehenden Träger rotierbaren und gegen diesen in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Pressrichtung und mit bestimmter Zonenpresskraft abgestützten Walzenmantel, wobei die Zonenpresskraft der Stützelemente durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wobei die Steuerung der gesamten Presskraft der Durchbiegungseinstellwalze in einem bestimmten Einstellbereich dadurch erfolgt, dass die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen simultan gemäss wenigstens angenähert linearer Funktionen mit für die einzelnen Zonen vorgegebenen Koeffizienten geändert werden sowie eine Anordnung zur Anwendung des Verfahrens.

Eine derartige Steuerung von Durchbiegungseinstellwalzen ist beispielsweise aus der US-PS 4 502 312 bekannt. Hiermit wurde es möglich, bei Zusammenwirken einer Durchbiegungseinstellwalze mit einer Gegenwalze bei unterschiedlichen Biegeeigenschaften des Mantels der Durchbiegungseinstellwalze und der Gegenwalze mit einem einzigen Steuersignal x und individuellen Steuerumsetzern für die einzelnen Zonen der Durchbiegungseinstellwalze die gesamte von der Durchbiegungseinstellwalze auf die Gegenwalze ausgeübte Presskraft bzw. die mittlere Linienkraft zu variieren, wobei jedoch das Presskraftprofil über die Walzenbreite, beispielsweise eine gleichförmige Linienkraft über die Walzenbreite bzw. gleiche Zonenpresskräfte für alle Zonen aufrechterhalten bleiben, indem die Steuerumsetzer den hydraulischen Druck für die einzelnen Zonen i gemäss linearer Funktionen der Form y-, = x + bt steuern. Die Koeffizienten a; und bj sind dabei durch die unterschiedlichen Biegeeigenschaften des Mantels der Durchbiegungseinstellwalze und der Gegenwalze vorgegeben und sind in der Regel für die einzelnen Zonen i unterschiedlich. Die Werte dieser Koeffizienten a, und b; können je nach den unterschiedlichen Biegeeigenschaften der beiden Walzen stark variieren und zum Teil auch negativ sein. Im Extremfall kann es beispielsweise erforderlich sein, bei einer Erhöhung der mittleren Linienkraft den Druck in gewissen Zonen zu vermindern, um eine gleichmässige Linienkraft über die Breite aufrechtzuerhalten.

Bei gewissen Kombinationen von Durchbiegungseinstellwalzen mit Gegenwalzen unterschiedlicher Biegeeigenschaft kommt

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es vor, dass innerhalb eines gewünschten Einstellbereiches für die gesamte Presskraft bzw. die mittlere Linienkraft die Drücke für die Stützelemente gewisser Zonen so gross gewählt werden müssen, dass die zulässige Beanspruchung und Deformation des Trägers der Durchbiegungseinstellwalze oder der maximal mög- 5 liehe und erreichbare Druck der Pumpe überschritten würde. Der Einstellbereich der Presskraft oder mittleren Linienkraft wird deshalb durch die maximal zulässigen Öldrücke in den einzelnen Stützelementen eingeschränkt und begrenzt. Bei gewissen Kennlinien kann zudem bei einer bestimmten Press- io kraft der Druck Null erreicht werden, und ausserhalb dieser Grenze wäre ein nicht realisierbarer negativer Druck erforderlich.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine 15 Steuerung für eine Durchbiegungseinstellwalze der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine Variation der gesamten Presskraft bzw. der mittleren Linienkraft in einem grösseren Einstellbereich durch Steuerung des hydraulischen Druckes in den Zonen der Durchbiegungseinstellwalze möglich 2o ist, insbesondere ohne unzulässige Überbeanspruchung durch den hydraulischen Druck, und ohne den maximal möglichen Druck sowie den Minimaldruck Null zu über- bzw. unterschreiten.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass 25 die Grenzen des Einstellbereiches durch diejenige Presskraft festgelegt werden, bei welcher der hydraulische Druck in wenigstens einer Zone einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, und dass ausserhalb dieser Grenzen des Einstellbereiches die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen derart gesteuert 30 werden, dass in denjenigen Zonen, wo der Druck den vorgegebenen Schwellenwert erreicht, der Druck auf diesem Schwellenwert wenigstens angenähert konstant gehalten wird, in den übrigen Zonen jedoch die hydraulischen Drücke simultan gemäss anderer linearer Funktionen gesteuert werden, wobei die Koeffi- 35 zienten dieser anderen linearen Funktionen so optimiert werden, dass die mittlere Abweichung der Presskraft der einzelnen Zonen vom vorgegebenen Sollwert ein Minimum wird.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung sind Schwellenwertgeber für den hydraulischen Druck in den einzelnen Zonen 40 vorgesehen, sowie Steuerumsetzer für die einzelnen Zonen,

welche einerseits die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen innerhalb des Einstellbereiches gemäss wenigstens angenähert linearer Funktionen steuern, welche andererseits bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für den Druck jedoch von 45 den Schwellenwertgebern angesteuert werden und den Druck wenigstens angenähert auf dem Schwellenwert konstant halten, und dass eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen ist, welche die Drücke in den übrigen Zonen, in denen der Schwellenwert des Druckes noch nicht erreicht ist, mit einer solchen Kennlinie 50 steuert, dass die Abweichung der Presskräfte der Zonen von vorgegebenen Sollwerten ein Minimum ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele und Schemata näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer zonenweise steuerbaren 55 Durchbiegungseinstellwalze, und

Fig. 2 Kennlinien der einzelnen Zonen dieser Durchbiegungs-einsteüwalze.

In Fig. 1 ist eine Walzvorrichtung dargestellt, bei der eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer konventionellen Gegen- 60 walze 2 zusammenwirkt und auf eine zwischen den beiden Walzen 1,2 hindurchgeführten Warenbahn, beispielsweise eine Papier-, Pappen-, Faserstoff-, oder Metallbahn eine Presskraft ausübt.

Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen feststehenden 65 Träger 3 auf, der zusammen mit den Zapfen 4 der Gegenwalze in einem nicht dargestellten Gerüst gelagert ist sowie einen um den Träger 3 rotierbaren Walzenmantel 5, der gegenüber dem Träger

3 mittels einer Anzahl von Zonen zl, z2... z6 von hydraulisch steuerbaren Stützelementen abgestützt ist. Die Anzahl der Zonen sollte mindestens 3 betragen, wird in der Regel jedoch wesentlich grösser gewählt, je nach gewünschter Feinheit der Steuerung, bzw. der Anzahl der Regelpunkte. In der Figur sind der Einfachheit halber lediglich 6 Zonen dargestellt. Die einzelnen Zonen zl ... z6 können jeweils ein einziges Stützelement enthalten, oder aber auch mehrere zu einer gemeinsam steuerbaren Gruppe zusammengefasste Stützelemente. Die einzelnen Stützelemente können, wie beispielsweise in US-PS 3 802 044 beschrieben, als hydrostatische Stützelemente mit hydrostatischer Lagerfläche ausgebildet sein, oder in anderer geeigneter Art, beispielsweise mit hydrodynamischer Lagerfläche oder als andersartige Stützelemente, deren Presskraft mittels des Druk-kes eines hydraulischen Druckmittels steuerbar ist.

Die Stützelemente der einzelnen Zonen zl... z6 sind getrennt über Leitungen mit einem hydraulischen Druckmittel variablen Druckes ansteuerbar. Dabei können symmetrisch zur Mittelebene angeordnete Zonen miteinander verbunden sein und den gleichen Druck erhalten, beispielsweise die äusseren Zonen zl und z6, die mittleren Zonen z3 und z4 sowie die dazwischenliegenden Zonen z2 und z5. Für jede der Zonen oder Zonenpaare ist ein Dosierventil vi, v2 bzw. v3 vorgesehen, mit welchem der Druck des hydraulischen Druckmittels und damit die Presskraft der Stützelemente bzw. der Zonen oder Zonenpaare getrennt voneinander eingestellt werden kann. Im Falle von hydrostatischen Stützelementen sind diese Ventile zweckmässigerweise als Proportionalventile ausgebildet, mit denen sich der Volumenstrom des Druckmittels und damit der Druck im Druckraum des Stützelementes graduell einstellen lässt. Die Steuerventile können dabei ausserhalb der Walze angeordnet sein, oder wie in US-PS 3 932 921 offenbart, im Träger 3 an den Anschlussstellen zu den einzelnen Zonen zl... z6.

Die Steuerung der einzelnen Zonenventile erfolgt, wie in US-PS 4 502 312 offenbart, über Steuerumsetzer, die den einzelnen Zonenventilen zugeordnet sind und welche von einem Einstellorgan X angesteuert werden, mit dem mittels eines gemeinsamen Steuersignales x die gewünschte gesamte, von der Durchbiegungseinstellwalze 1 auf die Gegenwalze 2 ausgeübte Presskraft bzw. die mittlere Linienkraft eingestellt werden kann. Die Steuerumsetzer ul, u2 und u3 liefern für die einzelnen Zonensteuerventile Steuersignale y; für den einzustellenden Druck, welche wenigstens angenähert eine lineare Funktion des Stellsignals x sind: ^ = a-tx + b;. Die Koeffizienten a; und bj für die einzelnen Zonen werden entsprechend den Biegeeigenschaften des Walzenmantels 5 und der Gegenwalze 2 so vorgegeben, dass sich für alle einzustellenden Presskräfte x in einem Einstellbereich von Xo bis xm, beispielsweise zwischen 20 und 60 N/mm ein gewünschtes Linienkraftprofil über die Breite der Walzen, beispielsweise eine gleichförmige Presskraft in allen Zonen zl... z6 ergibt. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass auch beim Zusammenwirken von Walzen sehr unterschiedlicher Biegeeigenschaften bei einer Veränderung der gesamten Presskraft in einem weiten Bereich eine gleichförmige Linienkraft über die Breite erhalten bleibt, ohne dass eine individuelle Nachsteliu. ^ der einzelnen Zonen erforderlich ist.

Da in der Regel die Biegeeigenschaften der Gegenwalze 2 und des Walzenmantels 5 unterschiedlich sein werden, ergeben sich für die einzustellenden Koeffizienten aj und bj der einzelnen Zonen auch unterschiedliche und voneinander abweichende Werte. In der Regel ist die Steuerkennlinie keine Proportional-Kennlinie, d. h. die Koeffizienten bj sind bei unterschiedlichen Walzeneigenschaften in der Regel von Null verschieden. Im Extremfall, beispielsweise bei besonders weichen Gegenwalzen. im Vergleich zum Mantel der Durchbiegungseinstellwalze .können auch negative Kennlinien mit negativen Koeffizienten a, erforderlich sein, beispielsweise in den Randzonen zl und z6.

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Es sei bemerkt, dass die Koeffizienten a; und b. Konstanten sein können, die Kennlinien also exakte Geraden darstellen, oder aber etwas von x abhängen können, wobei die Kennlinien nur angenähert linear sind.

In Fig. 2 ist für eine 6-zonige Durchbiegungseinstellwalze das Kennlinienfeld in einem solchen Fall dargestellt. Auf der Abszisse ist die Presskraft, bzw. mittlere Linienkraft x aufgetragen, und auf der Ordinate der sich durch die einzelnen Steuerumsetzer ergebende hydraulische Druck yi für die einzelnen Zonen. Die Kennlinien haben sämtliche angenähert die Form von Geraden, d. h. die Zonendrücke sind nahezu lineare Funktionen der mittleren Linienkraft x. Dabei haben in diesem Beispiel die Kennlinien f3 für die mittlere n Zonen z3 und z4 sowie f2 für die benachbarten Zonen z2 und z5 eine positive Steigung, d. h. die Koeffizienten a,- sind für diese Zonen positiv. In den Randzonen zl und z6 hat dagegen die erforderliche Steuerkennlinie ft eine negative Neigung, d. h. der Koeffizient at ist negativ, so dass für die Randzonen bei einer Steigerung der gesamten Presskraft die Zonenkraft herabgesetzt werden muss, um eine gleichmässige Linienkraft über die Breite aufrechtzuerhalten.

Im dargestellten Beispiel erreicht die Kennlinie f3 für die mittleren Zonen z3 und z4 bei einer bestimmten eingestellten mittleren Linienkraft xm, beispielsweise 60 N/mm einen Steuerdruck y3 der Grösse pm von etwa 20 bar, welcher für die betreffende Durchbiegungseinstellwalze den maximal zulässigen Druck, also den oberen Schwellenwert, darstellen soll, bei welchem gerade noch keine unzulässige Deformation des Trägers 3 eintritt. Der Wert xm der mittleren Linienkraft stellt also in diesem Falle die Obergrenze des möglichen Einstellbereiches für die mittlere Linienkraftx dar, bei welchem eine exakte Regelung des Presskraftprofils über die Breite der Walze mittels linearen Kennlinien möglich ist.

Um trotzdem die betreffende Walzvorrichtung auch bei mittleren Linienkräften x oberhalb dieser Obergrenze xm des Einstellbereiches betreiben zu können, ohne dass die Durchbiegungseinstellwalze Schaden nimmt, sind an die Steuerleitungen für die Ventile vi, v2 und v3 jeweils Schwellenwertgebertl, t2 und t3 angeschlossen, welche bei Überschreitung des maximal zulässigen Druckes ym die Steuerumsetzer ul, u2 und u3 ansteuern und in der betreffenden Zone die weitere Druckerhöhung blockieren, d. h. den Druck auf dem maximal zulässigen Wert ym konstant halten. Ausserdem ist ein von den drei Schwellenwertgebern tl, t2 und t3 angesteuerte Ausgleichsschaltung C vorgesehen, welche einerseits die einzelnen Steuerumsetzer ul, u2 und u3 ansteuert, und zwar in der Weise, dass deren Kennlinien so geändert werden, dass unter Berücksichtigung der Zonen, in welchem der Druck auf dem maximal zulässigen Wert ym festgehalten wird, oberhalb der Einstellgrenze die Abweichungen der

Presskräfte in den einzelnen Zonen vom vorgegebenen bzw. eingestellten Sollwert ein Minimum aufweisen. Dies kann beispielsweise durch Ermittlung der kleinstmöglichen Summe der Beträge oder mit Vorteil der Quadrate der Abweichungen, der maximalen Abweichung in einer Zone, oder der maximalen Gesamtabweichung, d. h. der Summe der maximalen positiven und der maximalen negativen Abweichung erfolgen, beispielsweise mittels eines geeignet programmierten Mikroprozessors.

In Fig. 2 ist gezeigt, dass oberhalb der Grenze xm des Einstellbereiches die Kennlinien nach einem Knick in eine andere Richtung verlaufen. Dabei wird jedoch der maximal zulässige Druck ym bei keiner Kennlinie überschritten. Dabei können gewisse Kennlinien, wie beispielsweise f, und f2 im dargestellten Beispiel ihre Richtung und Neigung ändern, während eine der Kennlinien, die bereits den maximal zulässigen Wert erreicht hat, auf diesem Wert nahezu konstant gehalten werden, wobei eine geringfügige Neigung zugelassen ist.

Falls im weiteren Verlauf eine zweite Kennlinie den Maximalwert ym erreicht, wird diejenige Kennlinie, d.h. wahlweise die erstere oder die letztere, konstant gehalten, bei der die minimali-sierten Abweichungen am kleinsten werden, und die andere Kennlinie freigegeben.

Unterhalb der unteren Grenze x0 des Einstellbereiches gelten die gleichen Verhältnisse. Auch hier wird diejenige Kennlinie, die den Schwellenwert ym erreicht, bei geringeren Linienkräften x konstant gehalten und die übrigen Kennlinien auf ein Minimum der Abweichungen optimiert.

Statt durch obere Schwellenwerte ym des Druckes kann der Einstellbereich x0 -xm auch durch den niedrigst möglichen Druck y„ = 0 gegeben sein, wenn z. B. eine Kennlinie die Null-Linie erreicht, d. h. darüberhinaus negative Drücke erfordern würde. In diesem Fall wird der Druck in dieser Zone ausserhalb des Einstellbereiches auf dem Wert Null gehalten und die übrigen Zonen, bzw. deren Kennlinien auf ein Minimum der Abweichungen optimiert.

Mit Hilfe einer Steuerung der angegebenen Art kann also eine Walzvorrichtung auch noch oberhalb der an sich möglichen Einstellgrenze der mittleren Linienkraft betrieben werden, ohne dass die maximal zulässigen Parameter überschritten werden, falls gewisse geringe Abweichungen der sich ergebenden Zonenkräfte vom Sollprofil in Kauf genommen werden können. Dabei sorgt jedoch die Steuerung dafür, dass diese Abweichungen auf dem kleinstmöglichen Wert gehalten, d. h. dass die Linienkraft-abweichungen minimiert werden, indem der gesamte Linien-kraftbereich in drei Bereiche unterstellt wird, wobei die Kennlinien an den beiden Grenzen x0 und xm auf einen anderen Verlauf umgeschaltet werden, was z. B. mittels einer digitalen Steuerung erfolgen kann.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Steuerung der Presskraft einer Durchbiegungseinstellwalze (1) mit einem einen feststehenden Träger (3) rotierbaren und gegen diesen in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen (zl, z2... z6) mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Pressrichtung und mit bestimmter Zonenpresskraft abgestützten Walzenmantel (5), wobei die Zonenpresskraft der Stützelemente durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wobei die Steuerung der gesamten Presskraft der Durchbiegungseinstellwalze (1) in einem bestimmten Einstellbereich (x0-xra) dadurch erfolgt, dass die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen (zl, z2... z6) simultan gemäss wenigstens angenähert linearer Funktionen (fl5 f2, f3) mit für die einzelnen Zonen vorgegebenen Koeffizienten (aj, bj) geändert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen (xm, xD) des Einstellbereiches durch diejenige Presskraft festgelegt werden, bei welcher der hydraulische Druck in wenigstens einer Zone einen vorgegebenen Schwellenwert (ym, 0) erreicht, und dass ausserhalb dieser Grenzen (xm, xc) des Einstellbereiches die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen derart gesteuert werden, dass in denjenigen Zonen, wo der Druck den vorgegebenen Schwellenwert (ym, 0) erreicht, der Druck auf diesem Schwellenwert (ym, 0) wenigstens angenähert konstant gehalten wird, in den übrigen Zonen jedoch die hydraulischen Drücke simultan gemäss anderer linearer Funktionen (f/, f3') gesteuert werden, wobei die Koeffizienten dieser anderen linearen Funktionen (fi', f3') so optimiert werden, dass die mittlere Abweichung der Presskraft der einzelnen Zonen vom vorgegebenen Sollwert ein Minimum wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten der anderen linearen Funktionen (f/, f3') so optimiert werden, dass die mittlere quadratische Abweichung der Presskraft der einzelnen Zonen vom vorgegebenen Sollwert ein Minimum wird.
3. Verfahrennach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen (x0, xm), des Einstellbereiches durch diejenige Presskraft festgelegt werden, bei welcher der hydraulische Druck in einer Zone einen oberen Schwellenwert (ym) erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen (x0, xra) des Einstellbereiches durch diejenige Presskraft festgelegt werden, bei welcher der hydraulische Druck in einer Zone auf Null absinkt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Schwellenwertes (ym, 0) durch eine zweite oder eine weitere Kennlinie, diejenige dieser Kennlinien konstant gehalten wird, bei der die minimalisierte mittlere Abweichung der Presskräfte von vorgegebenen Sollwerten am kleinsten ist.
6. Anordnung zum Steuern der Presskraft einer Durchbiegungseinstellwalze (1) mit einem um einen feststehenden Träger (3) rotierenden und in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen (zl, z2... z6) mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Pressrichtung mit einer bestimmten Zonenpresskraft abgestützten Walzenmantel (5), wobei die Zonenpresskraft der Stützelemente durch hydraulischen Druck steuerbar ist und wobei Steuerumsetzer (ul, u2, u3] vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der eingestellten Gesamtpresskraft (x) der Durchbiegungseinstellwalze in einem bestimmten Einstellbereich (x„, xm) die hydraulischen Drücke (y,) der einzelnen Zonen simultan mit wenigstens angenähert linearer Funktionen (yj = ai x + bj) mit für die einzelnen Zonen vorgegebenen Koeffizienten (a„ b,) steuern, dadurch gekennzeichnet, dass Schwellenwertgeber (tl, t2, t3) für den hydraulischen Druck in den einzelnen Zonen vorgesehen sind, sowie Steuerumsetzer (ul, u2, u3) für die einzelnen Zonen, welche einerseits die hydraulischen Drücke der einzelnen Zonen

(zl.. .z6) innerhalb des Einstellbereiches gemäss wenigstens angenähert linearer Funktionen (fj, f., f3) steuern, welche andererseits bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes (ym) für den Druck in einer Zone jedoch von den Schwellenwertgebern (tl, t2, t3) angesteuert werden und den Druck in dieser Zone wenigstens angenähert auf dem Schwellenwert konstant halten und dass eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen ist, welche die Drücke in den übrigen Zonen, in denen der Schwellenwert des Druckes (ym) noch nicht erreicht ist, mit einer solchen Kennlinie (f/, f3') steuert, dass die Abweichung der Presskräfte der Zonen von vorgegebenen Sollwerten ein Minimum ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umschalteinrichtung, die von den Schwellenwertgebern (tl, t2, t3) angesteuert ist und bei Erreichen des Schwellenwertes (ym) in einer Zone die Koeffizienten (ai5 bj) der linearen Funktionen auf andere Werte umschalten.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zur Mittelebene der Durchbiegungseinstellwalze (1) angeordnete Zonen (zl/z6, z2/z5, z3/z4) zu Zonenpaaren mit gleicher Druckmittelzuleitung und gleichen Steuerumsetzer (ul, u2, u3) verbunden sind.