CH712966A2

CH712966A2 - Karde.

Info

Publication number: CH712966A2
Application number: CH01165/17A
Authority: CH
Inventors: -Ing Andreas Sobotka Dr
Original assignee: Truetzschler Gmbh & Co Kg
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-03-29
Also published as: CH712966B1; DE102016117872A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karde mit einem Messsystem und ein Verfahren zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles, umfassend mindestens einen Messstab (10), der mit seinem ersten Ende (11) an einem Festlager (21) des Bauteiles angeordnet ist, und dessen zweites Ende (12) an einem Loslager (22) angeordnet ist, wobei ein Sensor (23) seinen Abstand zum zweiten Ende (12) des Messstabes erfasst.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Karde mit einem Messsystem zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein zugehöriges Verfahren.

[0002] Während des Kardierens erwärmt sich die Karde einerseits durch den Kardiervorgang, andererseits auch durch die mechanischen Komponenten wie durch die Reibung in den Lagern oder durch die Abwärme des Motors. Infolge dessen erwärmen sich auch die einzelnen Bauteile der Karde, die sich damit thermisch dehnen und damit vergrössern. Damit ändert sich auch der Kardierspalt, womit eine Qualitätsänderung des kardierten Bandes einhergeht. Nach dem Stand der Technik werden die Kardierspalte indirekt bestimmt, indem die Temperaturen der Bauteile gemessen und damit die Kardierspalte auf Basis eines eingelernten Algorithmus berechnet werden.

[0003] Nach der DE 4 235 610 C2 wird zur Messung des Kardierspaltes mindestens ein Sensor verwendet, der im Deckel angeordnet und der Garnitur der Walze gegenüberliegt. Damit kann ausschliesslich die Änderung des Kardierspaltes ermittelt werden, nicht aber die thermische Veränderung oder Verformung einzelner Bauteile, wie beispielsweise des Seitenschildes.

[0004] In der DE 102009 031 978 A1 und der DE 102009 031 979 A1 werden bei einer Temperaturänderung mittels einer Verstelleinrichtung der Arbeitsabstand der Walzen zueinander eingestellt. Die Verstelleinrichtung ist als federbelasteter Zylinder ausgebildet, dessen Kolben durch ein wärmeempfindliches Fluid entgegen der Federkraft verstellt wird. Durch die Kolbenstange wird eine temperaturabhängige Stellbewegung erzeugt. In diesen Schriften werden ausschliesslich die Änderungen der Kardierspalte ermittelt und kompensiert.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung eine Karde mit einem Messsystem zu schaffen, bei dem die Verformung mindestens eines Bauteiles sicher und preiswert ermittelt werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Verfahren zu schaffen, mit dem die Verformung mindestens eines Bauteiles sicher und preiswert ermittelt werden kann.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre nach Anspruch 1, 10 und 12; weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

[0007] Gemäss der technischen Lehre nach Anspruch 1 umfasst die Karde mit einem Messsystem zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles mindestens einen Messstab, der mit seinem ersten Ende an einem Festlager des Bauteiles angeordnet ist, und dessen zweites Ende an einem Loslager angeordnet ist, wobei ein Sensor seinen Abstand zum zweiten Ende des Messstabes erfasst.

[0008] Damit ist es möglich, die Verformung jedes einzelnen Bauteiles der Karde zu erfassen und beispielsweise zur Bestimmung der Änderung des Kardierspaltes heranzuziehen. Es erfolgt eine direkte Messung der Änderung der relevanten Bauteile, so dass auf die Ermittlung von Hilfsgrössen verzichtet werden kann. Die Änderung bzw. Verformung des Bauteiles kann aufgrund thermischer Verformung erfolgen, aber auch durch eine Fliehkrafteinwirkung aufgrund der Rotation des Bauteiles oder durch äussere Kräfte verursacht sein.

[0009] Vorzugsweise kann das zweite Ende des Messstabes an einem Loslager eines zweiten Bauteiles angeordnet sein, wobei ein Sensor, der an dem zweiten Bauteil angeordnet ist, seinen Abstand zum zweiten Ende des Messstabes erfasst. Damit lässt sich speziell an der Karde der Kardierspalt genauer bestimmen, oder alternativ lässt sich der Abstand beispielsweise zwischen der Kardentrommel und dem Abnehmer genauer bestimmen.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil als Kardentrommel oder Seitenschild der Karde ausgebildet. Die Kardentrommel weist aufgrund ihres Durchmessers und der auf sie wirkenden Fliehkraft die grösste Veränderung der Abmessung und Verformung im Betrieb auf.

[0011] Vorzugsweise kann das zweite Bauteil als Keil leiste oder Abnehmertrommel oder Seitenschild oder Deckel ausgebildet sein. Durch die Verwendung der Keilleiste als zweites Bauteil kann sehr genau auf die Kardierspaltänderung geschlossen werden, da über die Keilleiste die Deckelstäbe geführt und eingestellt werden. Die Verwendung der Abnehmertrommel als zweites Bauteil hat den Vorteil, dass der Spalt zwischen der Kardiertrommel und der Abnehmertrommel genau bestimmbar ist, über den die kardierten Fasern von der Kardentrommel abgezogen werden.

[0012] Vorzugsweise besteht der Messstab aus einem Werkstoff, der keinen oder fast keinen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist. Damit werden Grössen eines Längenausdehnungskoeffizienten umschrieben, die im Bereich von -0.1 bis 0.2 X 10~®/K liegen.

[0013] Weiterhin wird bevorzugt beansprucht, dass der Längenausdehnungskoeffizient des Messstabes maximal 1/50 des Längenausdehnungskoeffizienten der zwei Bauteile oder des Gestells beträgt. Damit kann bei der Messung der thermischen Verformung bzw. Änderung der zwei Bauteile der Einfluss des Messstabes vernachlässigt werden.

[0014] Bevorzugt besteht der Messstab aus einem Kohlenstoff-Faserverbundmaterial. Bei einer Ausrichtung der Fasern in Längsrichtung des Messstabes ergibt sich im Verhältnis zu den anderen Bauteilen aus Stahl oder Aluminium die geringste Längenausdehnung, die für die Messung, beispielsweise des Kardierspaltes, vernachlässigbar ist.

[0015] Vorzugsweise ist das Festlager des Messstabes im Bereich des Zentrallagers der Kardentrommel angeordnet. Es ergibt sich eine einfache und preiswerte Befestigungsmöglichkeit mit dem Vorteil, dass über den Radius der Kardiertrommel dessen Änderung aufgrund der Fliehkraft und der thermischen Ausdehnung direkt bestimmbar ist.

[0016] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Sensor einen Laser auf, oder ist als induktiver oder kapazitiver Sensor ausgebildet.

[0017] Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von zwei Messstäben, wobei jeweils ein Messstab beidseitig eines Bauteiles, beispielsweise im Bereich einer Stirnseite des Bauteiles, angeordnet ist. Damit lassen sich einseitige Verformungen, Spannungen und einseitige Erwärmungen innerhalb der Karde erkennen, wodurch wiederum beispielsweise Seitenflug erkannt werden kann.

[0018] Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles umfasst mindestens einen Messstab, der mit seinem ersten Ende an einem Festlager des Bauteiles angeordnet ist, und dessen zweites Ende an einem Loslager angeordnet ist, wobei ein Sensor seinen Abstand zum zweiten Ende des Messstabes erfasst.

[0019] Damit ist es möglich, die Verformung jedes einzelnen Bauteiles der Karde zu erfassen und beispielsweise zur Bestimmung der Änderung des Kardierspaltes heranzuziehen. Die Änderung bzw. Verformung des Bauteiles kann aufgrund thermischer Verformung erfolgen, aber auch durch eine Fliehkrafteinwirkung aufgrund Rotation des Bauteiles oder durch äussere Kräfte verursacht sein. Es erfolgt eine direkte Messung der Verformung der relevanten Bauteile, beispielsweise aufgrund thermischer Änderung, so dass auf die Ermittlung von Hilfsgrössen verzichtet werden kann.

[0020] Vorzugsweise ist das zweite Ende des Messstabes an einem Loslager eines zweiten Bauteiles angeordnet, wobei ein Sensor, der an dem zweiten Bauteil angeordnet ist, seinen Abstand zum zweiten Ende des Messstabes (10) erfasst.

[0021] Mit dem erfindungsgemässen Verfahren zur Erfassung der Änderung des Kardierspaltes zwischen der Kardentrommel und dem Deckelstab einer Karde, bei dem die Längenänderungen des Seitenschildes (Als), die Längenänderung der Kardentrommel (AITt), die Fliehkraftaufweitung der Kardentrommel (ΔΐΤη) und die Längenänderung des Deckels (ΔΙ0) erfasst und verarbeitet wird, kann ohne Umwege über Hilfsgrössen der Kardierspalt bestimmt werden.

[0022] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2. eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung an einem Seitenschild einer Karde;

Fig. 3: eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung an einer Karde.

[0023] In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung dargestellt, bei dem ein Messstab 10 mit seinem ersten Ende 11 an einem Fixlager 21 gelagert ist. Der Messstab 10 besteht aus einem Werkstoff, der keine oder fast keine thermische Ausdehnung aufweist, beispielsweise einem Kohlenstofffaserverbundmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (in Längsrichtung der Fasern) von -0.1 χ 10“®/Κ bis 0.2 x lO^/K, was einem Bruchteil des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl mit 10.6 bis 14 χ lO^/K entspricht. Das Fixlager 21 kann an einer Maschinenstruktur bzw. einem Gestell 20 oder Maschinenrahmen, beispielsweise dem zentralen Lager 32 einer Kardentrommel 31 angeordnet sein (siehe Fig. 2). Das zweite Ende 12 des Messstabes 10 ist an oder auf einem Loslager 22 gelagert. Diesem zweiten Ende 12 des Messstabes 10 ist ein Sensorelement 23 zugeordnet, das ebenfalls an dem Gestell 20 fest angeordnet ist. Das Sensorelement 23 kann mittels Laserstrahlen die Entfernungsdifferenz feststellen, mittels Induktion arbeiten oder als kapazitiv messender Sensor ausgebildet sein. Aufgrund der thermischen Ausdehnung des Gestells 20 ändert sich der Abstand zwischen dem Fixlager 21 des Messstabes 10 und der Anordnung des Sensors 23. Da der Messstab 10 eine deutlich geringere oder fast keine thermische Ausdehnung im Vergleich zum Maschinengestell aus Stahl oder Aluminium aufweist, ändert sich auch der Abstand zwischen dem zweiten Ende 12 des Messstabes 10 und dem Sensor 23. An dem zweiten Ende 12 des Messstabes 10 kann eine Referenzfläche 13 angeordnet sein, deren Abstand zum Sensor 23 vom Sensor 23 erfasst wird. Diese Referenzfläche 13 kann beispielsweise an der Stirnfläche des zweiten Endes 12 des Messstabes 10 angeordnet sein und reflektierend ausgebildet sein. Entsprechend einem ersten nachfolgenden Ausführungsbeispiel kann das Messsystem für die Ermittlung der Ausdehnung eines einzigen Bauteiles verwendet werden.

[0024] Alternativ kann das Messsystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Ermittlung der Abstandsänderung zwischen zwei Bauteilen verwendet werden. Dabei kann das Festlager 21 ein erstes Bauteil aufweisen und das Loslager 22 ein zweites Bauteil, die beide an einem gemeinsamen Gestell 20 angeordnet sind. Der Messstab 10verfährt entsprechend der thermischen Änderung des Gestells 20 an oder über dem Loslager 22, wodurch die Abstandsänderung zum Sensor 23 erfasst wird.

[0025] Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine Karde 30. Das Festlager 32 für den Messstab 10 ist an der Lagerung 21 der Kardentrommel angeordnet. Das Loslager 22 für das zweite Ende 12 des Messstabes 10 kann an der Keilleiste 33 angeordnet sein, auf dem die umlaufenden Deckelstäbe geführt werden. Alternativ kann das Loslager 22 auch an dem Seitenschild 37 angeordnet sein, so dass die thermische Veränderung von nur einem Bauteil gemessen wird. Hier ist auch der Sensor 23 zur Erfassung der Abstandsänderung angeordnet.

[0026] Aufgrund der thermischen Erwärmung und damit Ausdehnung der gesamten Karde 30 kann erfindungsgemäss der Kardierspalt nicht direkt gemessen werden, jedoch wird die Ermittlung des Kardierspaltes erheblich verbessert.

[0027] Eine beidseitige Anordnung jeweils eines Messstabes 10 an der Kardentrommel 31 bzw. am Seitenschild 37 ist dann vorteilhaft, wenn eine einseitige Erwärmung auftritt, beispielsweise durch eine einseitige Faserzufuhr in die Karde, so dass sich der Abstand zwischen Deckelstab und Kardentrommel 31 über die Arbeitsbreite ändert. Damit kann beispielsweise auf Seitenflug geschlossen werden, der mit einer einseitigen Verkippung der Kardierelemente reduziert wird.

[0028] In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Messstab 10 mit seinem ersten Ende 11 an dem zentralen Lager 32 der Kardiertrommel 31 befestigt bzw. angeordnet. Das zweite Ende 12 mit dem Loslager 22 ist an der Lagerung der Abnehmertrommel 36 angeordnet. Der Sensor 23 ist gegenüberliegend zur Referenzfläche an der Abnehmertrommel 36 oder an dem Seitenschild 37 befestigt. Damit kann die Abstandsänderung und damit indirekt der Abstand X zwischen Abnehmertrommel 36 und Kardiertrommel 31 bestimmt und über mechanische oder motorische Vorrichtungen verändert werden.

[0029] Durch die Erfindung kann der Kardierspalt nicht direkt gemessen werden, jedoch wird die Ermittlung des Kardier-spaltes erheblich verbessert.

[0030] Die Änderung des Kardierspaltes Ad am Deckel kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden. In diese Gleichung gehen die Längenänderungen des Seitenschildes Als, der Trommel AITt und des Deckels AID auf Grund der Temperaturänderungen im Prozess ein. Weiterhin geht die Fliehkraftaufweitung der Trommel AITn in die Berechnung des Kardierspaltes mit ein. Die Bestimmung der Koeffizienten Ai (A·,, A2, A3) erfolgt durch eine Kalibriermessung, bei der verschiedene Betriebssituationen mit einem Messdeckel untersucht werden. Auf dieser Basis können durch eine Interpolation die Koeffizienten iterativ bestimmt werden.

[0031 ] Ad = Als — Aljt — Aljn — AId [0032] Alp = Ai as ATs — A2 ατ ΔΤτ - Α3(ητ)2 - A4 ao ATq A, Koeffizient as Wärmeausdehnungskoeffizient des Seitenschildes aT Wärmeausdehnungskoeffizient der Trommel aD Wärmeausdehnungskoeffizient des Deckels

Ad Änderung des Kardierspaltes

Als Längenänderung Seitenschild

Aljt Längenänderung Kardentrommel AITn Fliehkraftaufweitung Kardentrommel AId Längenänderung Deckel ATS Temperaturänderung des Seitenschildes ATT Temperaturänderung der Trommel ATd Temperaturänderung des Deckels nT Drehzahl der Trommel [0033] Durch eine direkte Bestimmung der Längenänderung des Seitenschildes Als mit dem erfindungsgemässen Messsystem kann die Genauigkeit der Berechnung des Kardierspaltes gesteigert werden. Man misst folglich direkt die interessierende Grösse anstatt sie über den Umweg in Form von Hilfsgrössen zu ermitteln.

[0034] In gleicher Weise kann so die Bestimmung der Abstände zwischen anderen Maschinenelementen optimiert werden.

[0035] Durch die Kombination mehrerer solcher Messsysteme können auch Verformungen einzelner Bauteile ermittelt werden. Mit Hilfe eines kinematischen Modells der Maschine kann mit mehreren Messsystemen an verschiedenen Bauteilen deren Abstandsänderung zueinander berechnet werden. Das System bietet folglich die Möglichkeit das thermische Verhalten einer Maschine messtechnisch im realen Betrieb besser zu erfassen und damit eine genauere Anpassung der Maschine an die Betriebsbedingungen zu ermöglichen.

Claims

Bezugszeichen [0036] 10 Messstab 11 erstes Ende 12 zweites Ende 13 Referenzfläche 20 Gestell 21 Festlager 22 Loslager 23 Sensor 30 Karde 31 Kardentrommel 32 Zentrallager 33 Keilleiste 35 Gestell 36 Abnehmertrommel 37 Seitenschild 38 Deckel X Abstand Patentansprüche

1. Karde mit einem Messsystem zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles, umfassend mindestens einen Messstab (10), der mit seinem ersten Ende (11) an einem Festlager (21) des Bauteiles angeordnet ist, und dessen zweites Ende (12) an einem Loslager (22) angeordnet ist, wobei ein Sensor (23) seinen Abstand zum zweiten Ende (12) des Messstabes erfasst.
2. Karde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (12) an einem Loslager (22) eines zweiten Bauteiles angeordnet ist, und dass ein Sensor (23), der an dem zweiten Bauteil angeordnet ist, seinen Abstand zum zweiten Ende (12) des Messstabes (10) erfasst.
3. Karde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Kardentrommel (31) oder als Seitenschild (37) einer Karde ausgebildet ist.
4. Karde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil als Keilleiste (33) oder Abnehmertrommel (36) oder Seitenschild (37) oder Deckel (38) ausgebildet ist.
5. Karde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstab (10) aus einem Werkstoff besteht, der keinen oder fast keinen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist.
6. Karde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenausdehnungskoeffizient des Messstabes (10) maximal 1/50 des Längenausdehnungskoeffizienten der zwei Bauteile oder des Gestells (20, 35) beträgt.
7. Karde nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstab (10) aus einem Kohlenstoff-Faserverbundmaterial besteht.
8. Karde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (21) im Bereich des Zentrallagers (32) der Kardentrommel (31) angeordnet ist.
9. Karde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (23) einen Laser aufweist, oder als induktiver oder kapazitiver Sensor ausgebildet ist.
10. Karde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Messstäbe beidseitig eines Bauteiles angeordnet sind
11. Verfahren zur Erfassung der Verformung mindestens eines Bauteiles, umfassend mindestens einen Messstab (10), der mit seinem ersten Ende (11) an einem Festlager (21) des Bauteiles angeordnet ist, und dessen zweites Ende (12) an einem Loslager (22) angeordnet ist, und dass ein Sensor (23) seinen Abstand zum zweiten Ende (12) des Messstabes (10) erfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (12) an einem Loslager (22) eines zweiten Bauteiles angeordnet ist, und dass ein Sensor (23), der an dem zweiten Bauteil angeordnet ist, seinen Abstand zum zweiten Ende (12) des Messstabes (10) erfasst.
13. Verfahren zur Erfassung der Änderung des Kardierspaltes zwischen der Kardentrommel (31) und dem Deckelstab einer Karde (30), bei dem die Längenänderungen des Seitenschildes (ΔΙs), die Längenänderung der Kardentrommel (Aljt), die Fliehkraftaufweitung der Kardentrommel (ΔΤη) und die Längenänderung des Deckels (ΔΙ0) erfasst und verarbeitet werden.