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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung
der Bahnspannung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 oder 10.
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In
solchen Vorrichtungen wird die Bahnspannung von Materialbahnen unter
Verwendung einer Tänzerwalze
reguliert, welche in den Bahnlauf integriert ist und in einem bestimmten
Bereich verstellbar ist, um dadurch den effektiven Weg zu verändern, den
die Materialbahn im Bereich der Zuführung zu einer Druckmaschine
zurücklegen
muss.
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Durch
die
DE 100 60 757
A1 ist ein Rollenwechsler für den fliegenden Rollenwechsel
während des
Stillstandes oder des Kriechbetriebes bekannt, bei welchem die ablaufende
Papierbahn über
eine Tänzerwalze
geführt
wird, deren Lage durch pneumatische Stellmittel geregelt wird, um
die Bahnspannung konstant zu halten.
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Die
DE 101 58 985 A1 beschreibt
eine Dehnungssteuerung im Einzug einer Druckmaschine. In Abhängigkeit
von der Dicke der Materialbahn wird eine Spannung eingestellt, um
eine konstante Dehnung zu erreichen. Durch einen variablen Kraftbefehl wird
die Position einer Tänzerwalze
gesteuert. Je nach Position der Tänzerwalze wird wahlweise die Ablenkung
der Materialbahn auf dem Einzugweg gesteigert oder verringert.
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Die
variable Kraft kann über
verschiedene Mittel, zum Beispiel Luftzylinder, Hydraulikzylinder, Feder
oder elektromagnetisch angetriebenes Schaltelement, auf die Tänzerwalze
eingeprägt
werden.
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In
der
DE 195 20 955
A1 wird eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen
beschrieben. Auch hier wird für
die Regelung der Bahnspannung eine als Pendelwalze ausgebildete
Tänzerwalze
verwendet, die bevorzugt eine mittlere Lage zwischen zwei Endlagen
einnimmt. Die Tänzerwalze wird
mit einer der gewünschten
Bahnspannung entsprechenden Kraft konstant belastet, so dass sich
die Tänzerwalze
bei Erreichen der gewünschten
Bahnspannung in Mittellage befindet. Die Lage der Tänzerwalze
wird erfasst und bei Abweichung von der Mittellage als Fehlersignal
an einen Vierquadrantenantrieb gesendet, welcher die Drehzahl entsprechend
regelt.
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Die
DE 197 12 689 A1 betrifft
ein Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einer Rollenrotations-Offset-Druckmaschine.
Die Lage der Tänzerwalze
wird beim Hochfahren der Druckmaschine über einen Pneumatikzylinder
in Abhängigkeit
von der Bahngeschwindigkeit gesteuert. Während des Betriebes wird die
Bahnspannung gemessen und ein entsprechendes Signal einer Regelungseinrichtung zugeführt, welche über den
Pneumatikzylinder die Lage der Tänzerwalze
regelt. Die Tänzerwalze
kann ein drehbar in einem schwenkbaren Gestell gelagertes Rollenpaar
aufweisen, welches von der Papierbahn S-förmig umschlungen wird.
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Aus
der
EP 14 96 002 A2 ist
es ebenfalls bekannt, eine Tänzerwalze
zur Regulierung der Bahnspannung einzusetzen. Die Tänzerwalze
ist auch hier mittels eines Antriebes in ihrer Lage veränderbar und
mit einer Kraft entgegen der Zugkraft der Bahn beaufschlagbar. Durch
die Lageänderung
der Tänzerwalze
wird die Bahnspannung der Materialbahn reguliert.
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Alle
diese Vorrichtungen bedienen sich lediglich einer einzigen Tänzerwalze
zur Regelung der Bahnspannung.
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Die
Marktanforderungen in der Druckindustrie gehen immer mehr in Richtung
größerer Papierbreiten
und größerer Rollendurchmesser.
Dadurch wird es zunehmend schwieriger, die Massenträgheitsmomente
der Rollen zu beherrschen, bzw. die Regelung der Systeme an die
Erfordernisse anzupassen.
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Bei
großen
Rollenbreiten z. B. über
4 m und großen
Rollendurchmessern ist das Rollenträgheitsmoment um ein Vielfaches
größer, als
bei den Ausführungen
von Materialrollen, deren Bahnspannung durch den oben zitierten
Stand der Technik zu steuern war. Das Verhältnis der Massenträgheitsmomente
einer vollen und einer fast abgespulten Materialrolle ist bei größeren Ausgangsabmessungen
der Materialrolle wesentlich ungünstiger,
als bei den bisher üblichen
Abmessungen. Das erschwert immer mehr die regelungstechnische und
antriebstechnische Beherrschbarkeit der Rollenantriebe. Eine beliebige Vergrößerung des
Tänzerrollenweges
ist aus technologischen und regelungstechnischen Gründen nicht zu
realisieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Regelung der Bahnspannung zu schaffen
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 oder 10 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass ein insgesamt vergrößerter Tänzerweg
zum Ausgleich von Störgrößen und
Regelabweichungen zur Verfügung
steht, und somit Materialrollen größerer Abmessungen in Vorrichtungen
handhabbar werden, ohne dass ein großer technologischer Aufwand nötig ist. Derartige Vorrichtungen
können
auch in herkömmlichen
Rollenwechslern oder Einzugwerken in Druckmaschinen nachgerüstet werden.
Die herkömmlichen
Antriebssteuerungen können
beibehalten werden, es ist lediglich eine Anpassung des Regelkreises
notwendig.
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Der
Erfindungsgedanke beruht auf der grundlegenden Idee, den gesamten
Tänzerweg
zu verdoppeln, um die größeren Regelschwankungen bei
größeren Rollenabmessungen
besser abfangen zu können.
Aus technologischen und regelungstechnischen Gründen ist es aber nicht möglich, den
Pendelweg einer einzigen Tänzerwalze
beliebig zu vergrößern.
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Dies
würde die
Regelantwortzeiten und die Beherrschbarkeit einer mit einem nicht
zu unterschätzenden
Trägheitsmoment
belasteten Tänzerwalze
in nicht tragbarem Maße
erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird eine
erste Tänzerwalze
in den Bahnlauf integriert. Diese pendelt im Unterschied zum Stand
der Technik nicht um eine Mittellage, sondern pendelt zwischen einer
Nulllage und einer Endlage. Mit dieser ersten Tänzerwalze, im Weitern auch
Primärtänzer genannt,
wird die Regelsituation „Bahnspannung
zu lose" abgefangen.
Die Tänzerwalze
wird bei zu loser Bahnspannung entlang einer vorbestimmten Bahn
durch Einprägen
einer Kraft bewegt. Bei erhöhter
oder normaler Bahnspannung wird dieser Primärtänzer von der Materialbahn wieder
bis in seine Nulllage gezogen. Es ist weiterhin eine zweite Tänzerwalze
in dem Bahnlauf angeordnet, im Folgenden auch Sekundärtänzer genannt.
Mit diesem wird die Regelsituation „Bahnspannung zu fest" abgefangen. Der
Sekundärtänzer wird
in seiner Nulllage durch eine beaufschlagte Kraft gehalten. Er verlässt diese,
wenn die Kraft des Bahnzuges bei erhöhter Spannung größer, als
die Haltekraft in Nulllage wird.
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Durch
eine ständige Überwachung
der Positionen der beiden Tänzerwalzen
und eine Übergabe der
Tänzerpositionen
an das Regelsystem, kann dann in Abhängigkeit von Bahnspannung und
Tänzerposition
auch der Rollenantrieb zur Korrektur der Bahnspannung entsprechend
angesteuert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird bei der Regelung der Bahnspannung immer der Sekundärtänzer zwangsweise
in der Nulllage gehalten, ggf. mit Ausnahme des Zeitpunkts der Umsteuerung
der Regelung zwischen den beiden Tänzerwalzen. Dies erlaubt einen
einfacheren Aufbau des Regelkreises und verhindert gleichzeitig eine
gegenseitige Beeinflussung von Primär- und Sekundärtänzer, so
dass die Gefahr eines unerwünschten
Aufschwingverhaltens der Regelung vermieden wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zur Bahnspannungsregelung
mittels einer einzigen Tänzerwalze;
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2 eine
Vorrichtung zur Bahnspannungsregelung unter Einsatz eines Primärtänzers und
eines Sekundärtänzers in
einer ersten Ausführungsform;
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3 eine
Vorrichtung zur Bahnspannungsregelung unter Einsatz des Primärtänzers und
des Sekundärtänzers in
einer zweiten Ausführungsform;
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4 einen
Ablaufplan für
eine Regelung der Bahnspannung mit Hilfe der Vorrichtung.
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In 1 ist
für die
Erläuterung
der Grundlagen einer Bahnspannungsregelung eine entsprechende Vorrichtung
dargestellt. Eine Tänzerwalze 01 befindet
sich beim Materialeinzug mit optimaler Bahnspannung in ihrer bevorzugten
Lage 0 bzw. Ausgangslage 0. Eine Materialbahn 02,
z. B. Papierbahn 02 wird über Umlenkrollen 03 und
die Tänzerwalze 01 durch
die Vorrichtung hindurchgeführt.
Die Tänzerwalze 01 ist
an einem Ende eines Hebels 04 befestigt. Der Hebel 04 ist
schwenkbar um einen Schwenkpunkt 06 gelagert. Die Position
der Tänzerwalze 01 wird
von einem Sensor 07 erfasst und an eine Antriebsregelung
weitergeleitet.
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Wird
die Materialbahn 02 zu lose, d. h. die Bahnspannung sinkt,
bewegt sich die Tänzerwalze 01,
hier durch ein Stellglied 08, z. B. einen Pneumatik- oder
Hydraulikzylinder 08 in Position I. Wird sie zu straft,
d. h. die Bahnspannung steigt, wird sie von der Materialbahn 02 in
Richtung der Position II gezogen, ggf. mit Unterstützung des
Pneumatikzylinders 08. Die Antriebsregelung übernimmt
die notwendigen Korrekturen. Bei korrekter Bahnspannung geht die Tänzerwalze 01 wieder
in ihre Ausgangslage 0 zurück.
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2 zeigt
eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die
aus dem Stand der Technik an sich bekannte Tänzerwalze 01 wird
in ihrer bevorzugten Lage in Richtung der Position N verlagert,
was in der Vorrichtung der Nulllage N entspricht. Diese erste Tänzerwalze 09 wird
in der weiteren Beschreibung als Primärtänzer 09 bezeichnet.
Somit wird im Vergleich zu 1 für die Situation
Bahnspannung zu niedrig der Ausgleichsweg der Tänzerwalze 09 ungefähr verdoppelt.
Wird die Bahnspannung zu niedrig, wird der Primärtänzer 09 beispielsweise
durch ein Stellglied 11, z. B. einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 11,
insbesondere einen druckbeaufschlagten Kolben in einem Pneumatik-
oder Hydraulikzylinder 11 entlang der Bahn 12 bewegt,
bis maximal in die gestrichelt dargestellte Endlage E des Primärtänzers 09'. Nach dem Ausregeln
der Störgröße nimmt
der Primärtänzer 09 bevorzugt
wieder seine Nulllage N ein, da er bei korrekter Bahnspannung von
der Materialbahn 02 in dieser gehalten wird.
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Weiterhin
ist eine Tänzerwalze 13,
z. B. ein Sekundärtänzer 13 in
dem Lauf der Materialbahn 02 vorgesehen, welcher den Ausgleichsweg
für die
Situation „Materialbahn
zu straff" bereitstellt.
Der Sekundärtänzer 13 wird
bei zu straffer Materialbahn 02 von dieser (oder mit Unterstützung eines
Antriebs) aus seiner Nulllage N bis maximal in die gestrichelt dargestellte
Endlage 13' gedrückt. Nach
Ausgleich der Bahnspannung durch die entsprechende Antriebsregelung
nimmt der Sekundärtänzer 13 beispielsweise durch
eine konstant wirkende Kraft von einem Stellglied 14, z.
B. einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 14 wieder seine
Nulllage ein.
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Die
Positionen der Tänzerwalzen 09; 13 werden
durch Sensoren 07, beispielsweise induktive Wegaufnehmer, überwacht
und an ein Regelsystem weitergegeben. Diese Sensoren 07 können Wegmesssysteme,
Winkelaufnehmer oder sonstige geeignete Sensoren sein. Die Messung
der Bahnspannung und Regelabweichung kann durch Auswertung der Positionssignale
der Tänzerwalzen 09; 13 erfolgen,
oder auch über
eine separate Vorrichtung, beispielsweise eine nicht dargestellte
Messwalze für
die Bahnspannung.
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Eine
abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung ist in 3 dargestellt. Der prinzipielle
Aufbau und die Funktionsweise sind gleich der in 2 beschriebenen
Variante. In dieser Anordnung wird allerdings der Sekundärtänzer 13 im
Bahnlauf direkt hinter dem Primärtänzer 09 angeordnet,
so dass im Vergleich mit der Ausführung gemäß 2 zwei Umlenkwalzen 03 entfallen
können.
Dies hat zur Folge, dass ein verkürzter Bahnweg weiter zur Verbesserung
einer konstanten Bahnspannung beiträgt.
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Es
können
auch elektrische, mechanische oder magnetische Stellglieder zur
Verstellung des Primärtänzers 09 und/oder
des Sekundärtänzers angeordnet
sind.
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4 zeigt
einen Ablaufplan für
die Ausführung
eines Verfahrens zur Regelung der Bahnspannung, vorzugsweise unter
Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung. Ein Sensor, beispielsweise eine
Messwalze liefert im Schritt 40 ein Bahnspannungssignal.
Dieses wird im Schritt 41 mit einem Sollwert verglichen.
Ist die Bahnspannung korrekt, wird nach einer bestimmten Zeitkonstante
t der Vergleich der dann aktuellen Bahnspannung mit dem Sollwert erneut
ausgeführt.
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Ist
die Bahnspannung abweichend vom Sollwert, so wird im Schritt 42 überprüft, ob diese
zu niedrig ist. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 43 wird
die Position des Sekundärtänzers 13 ermittelt,
wobei im nachfolgenden Schritt 44 eine Überprüfung der Lage des Sekundärtänzers 13 erfolgt.
Wenn sich der Sekundärtänzer 13 bereits
in der Nulllage N befindet, so wird der Primärtänzer 09 entsprechend
der ermittelten Regelabweichung im Schritt 46 auf seiner
Bahn 12 in Richtung Endlage E verstellt. Ist der Sekundärtänzer 13 nicht
in der Nulllage N, so ist dieser möglicherweise von der vorhergehenden
Regelsituation noch in einer veränderten
Position. Es muss dann zunächst
im Schritt 47 eine Verstellung des Sekundärtänzers 13 in
seine Nulllage N erfolgen, bevor der Primärtänzer 09 im Schritt 46 aktiviert
werden kann.
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Ist
die Bahnspannung zu hoch, wird nach Erfassung der Position des Primärtänzers 09 im
Schritt 48 nachfolgend im Schritt 49 überprüft, ob sich
der Primärtänzer 09 in
seiner Nulllage N befindet. Ist dies der Fall, kann der Sekundärtänzer 13 im
Schritt 51 ein Freigabesignal erhalten. Dann wird der Sekundärtänzer 13 von
der Materialbahn 02 in Richtung Endlage E gezogen werden,
bis der Ausgleich der Regelabweichung erreicht ist. Anderenfalls
muss zuerst im Schritt 52 der Primärtänzer 09 wieder in
seine Nulllage N verstellt werden, was möglicherweise bereits zur Korrektur
der Bahnspannung ausreicht.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform
des Regelverfahrens wird durch das Anfahren der jeweiligen Endposition
der jeweils in Bewegung befindlichen Tänzerwalze vor einer Aktivierung
der anderen Tänzerwalze
sichergestellt, dass sich der Regelkreis nicht aufschwingt. Das
Verfahren kann aber auch abgewandelt werden, so dass zumindest in
einem eingeschränkten
Regelbereich beide Tänzerwalzen
für den
Ausgleich der Bahnspannung eingesetzt werden können.
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- 01
- Tänzerwalze
- 02
- Materialbahn,
Papierbahn
- 03
- Umlenkrolle
- 04
- Hebel
- 05
-
- 06
- Schwenkpunkt
- 07
- Sensor
- 08
- Stellglied,
Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder
- 09
- Tänzerwalze,
Primärtänzer
- 10
-
- 11
- Stellglied,
Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder
- 12
- Bahn
- 13
- Tänzerwalze,
Sekundärtänzer
- 14
- Stellglied,
Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder
- 09'
- Tänzerwalze,
Primärtänzer
- 13'
- Tänzerwalze,
Sekundärtänzer
- 0
- Lage,
Ausgangslage
- I
- Position
- II
- Position
- E
- Endlage
- N
- Position,
Nulllage
- t
- Zeitkonstante
- 40
- Schritt
- 41
- Schritt
- 42
- Schritt
- 43
- Schritt
- 44
- Schritt
- 46
- Schritt
- 47
- Schritt
- 48
- Schritt
- 49
- Schritt
- 51
- Schritt
- 52
- Schritt