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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von Walzenpositionen
in einer Rotationsdruckmaschine, in der Lagerböcke für
die Walzen mit Hilfe von Stellantrieben kontrolliert in vorgegebene Einstellpositionen
relativ zu einem Maschinengestell verfahrbar sind.
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Unter ”Walzen” sind
in diesem Zusammenhang zylindrische rotierende Körper zu
verstehen, die in einer Rotationsdruckmaschie direkt oder indirekt
am Druckprozeß beteiligt sind, beispielsweise Druckzylinder,
Gegendruckzylinder und Rasterwalzen in einer Flexodruckmaschine.
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Aus
EP 1 916 102 A ist
ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem die Druckzylinder vorab
in einem Montagegestell, das zum Aufbringen der Druckplatten dient,
präzise vermessen werden, so daß ihr Außendurchmesser
genau bekannt ist. Nach dem Einbau der Druckzylinder in die Maschine
werden dann anhand dieser Informationen exakte Sollpositionen für
die Achsen der Druckzylinder und der Rasterwalzen berechnet, und
die Lagerböcke werden auf diese Sollpositionen eingestellt,
so daß sich sämtliche Walzen von Anfang an in
der richtigen Position relativ zum Maschinengestell und damit auch
in der richtigen Position relativ zueinander befinden.
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Da
jedoch die Walzenpositionen relativ zum Maschinengestell berechnet
und eingestellt werden, können Wärmeausdehnungen
des Maschinengestells zu Positionsabweichungen führen,
die den Druckprozeß nachteilig beeinflussen. Im Hinblick
auf dieses Problem beschreibt
EP 1 500 500 B1 eine Druckmaschine, deren
Gestell aus verhältnismäßig teurem kohlefaserverstärktem
Kunststoff (CFK) besteht, der eine geringe Wärmeausdehnung
hat.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich der
Einfluß der Wärmeausdehnung auf die Druckqualität
verringern läßt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch
1 angegebene Verfahren gelöst. Bei diesem Verfahren wird
die Temperatur des Maschinengestells gemessen, und die Wärmeausdehnung wird
rechnerisch kompensiert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Rotationsdruckmaschine, bei der das erfindungsgemäße
Verfahren anwendbar ist;
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2 eine
vergrößerte schematische Darstellung eines Details
der Druckmaschine nach 1; und
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3 und 4 Flußdiagramme
zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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In 1 ist
ein Maschinengestell 10 einer Flexodruckmaschine dargestellt,
genauer, eines von zwei Seitenteilen, zwischen denen eine Anzahl
von Walzen 12, 14 drehbar gelagert sind. Bei den
Walzen 12, 14 handelt es sich um Druckzylinder 12 und
Rasterwalzen 14. Je ein Paar aus Druckzylinder 12 und Rasterwalze 14 bildet
ein Farbwerk. Im gezeigten Beispiel sind zehn Farbwerke am Umfang
eines zentralen Gegendruckzylinders 16 angeordnet, der
seinerseits drehbar im Maschinengestell 10 gelagert ist.
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An
der Position jedes Farbwerkes weist das Maschinengestell 10 ein
Fenster 18 auf, das ein Auswechseln der zugehörigen
Walzen 12, 14 erlaubt. Jede der Walzen ist mit
ihren entgegengesetzten Enden in zugehörigen Lagerböcken 20 gelagert.
Die insgesamt vier Lagerböcke 20 jedes Farbwerkes (zwei
je Walze) sind relativ zum Maschinengestell 10 unabhängig
voneinander längs Führungsschienen 22 verfahrbar.
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Jeder
Lagerbock 20 weist in bekannter Weise einen integrierten
Stellantrieb und zugehörige Positionsfühleinrichtungen
auf, die es erlauben, bestimmte Sollpositionen kontrolliert anzufahren.
Diese Sollpositionen relativ zu dem Maschinengestell 10 sind
für jede Seite des Maschinengestells in einem zweidimensionalen
kartesischen Koordinatensystem mit den Koordinaten d und h angegeben.
Diese Koordinaten geben die Lage der Achse der betreffenden Walze 10, 12 auf
der betreffenden Seite des Maschinengestells an. Als Ursprung des
Koordinatensystems wird zweckmäßig die Drehachse
des Gegendruckzylinders 16 gewählt.
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Die
Koordinate d beschreibt die Lage der Achse in der horizontalen Richtung,
in welcher die betreffende Walze auf den Gegendruckzylinder 16 zu und
von diesem weg bewegbar ist, und die Koordinate h beschreibt die
Höhe der Achse.
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1 zeigt
die Druckmaschine in einem Zustand, wie er etwa bei laufendem Druckbetrieb
vorläge. Jeder Druckzylinder 12 ist mit seinem
Umfang an die Umfangsfläche des Gegendruckzylinders 16 angestellt,
und jede Rasterwalze 14 ist mit ihrem Umfang an den Umfang
des zugehörigen Druckzylinders 12 angestellt.
Die entsprechenden Einstellpositionen der Lagerböcke 20 (Koordinaten
d und h) sind von den Durchmessern der betreffenden Walzen und des Gegendruckzylinders 16 abhängig.
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Wenn
die Druckmaschine auf einen anderen Druckauftrag umgerüstet
werden soll, so werden die Rasterwalzen 14 in horizontaler
Richtung von den Druckzylindern 12 abgestellt, und die
Druckzylinder werden vom Gegendruckzylinder 16 abgestellt.
Der Druckzylinder 12 wird auf einer Seite des Maschinengestells
aus seinem Lager im Lagerbock 20 gelöst, und Teile
dieses Lagerbocks werden entfernt, so daß sich der Druckzylinder 12 durch
das Fenster 18 hindurch axial abziehen und gegen einen
neuen Druckzylinder auswechseln läßt. Vor Beginn
des nächsten Drucklaufes müssen dann die Sollpositionen
der Walzen entsprechend den Durchmessern der neuen Druckzylinder
neu eingestellt werden.
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Wie
weiterhin in 1 zu erkennen ist, weist das
Maschinengestell 10 mindestens auf einer Seite an der Position
jedes Farbwerks eine Durchführung 24 für
eine nicht gezeigte Leitung auf, mit der ein Wärmemedium
zu einer nicht gezeigten, am Umfang des Gegendruckzylinders 16 angeordneten
Trocknungseinrichtung zugeführt wird, so daß die
auf dem Gegendruckzylinder 16 umlaufende Bedruckstoffbahn
(nicht gezeigt) nach dem Durchlauf durch jedes Farbwerk getrocknet
werden kann.
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Die
von den verschiedenen Antriebsaggregaten für den Gegendruckzylinder 16 und
die Walzen 12, 14 erzeugte Wärme und
insbesondere die von dem Wärmemedium für die Trocknungseinrichtungen abgegebene
Wärme führt dazu, daß sich die Temperatur
und auch die Temperaturverteilung innerhalb jedes Seitenteils des
Maschinengestells 10 ändert. Wenn das Maschinengestell 10 aus
Metall besteht, das einen bestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, so kommt es daher zu Wärmeausdehnungen, die die Positionen
der Achsen der Walzen 12, 14 relativ zueinander
und zum Gegendruckzylinder 16 verändern.
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Es
wird nun ein Verfahren beschrieben, das es erlaubt, diese Positionsveränderungen
zu kompensieren, so daß eine Beeinträchtigung
der Qualität des Druckergebnisses vermieden wird.
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Zu
diesem Zweck weist jedes Seitenteil des Maschinengestells 10 mindestens
einen Temperaturfühler 26 auf. Im gezeigten Beispiel
ist auf jeder Seite des Maschinengestells 10 ein eigener
Temperaturfühler 26 für jedes Farbwerk
vorgesehen. Der Temperaturfühler ist in der Nähe
der Durchführung 24 angeordnet.
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Zwischen
den einzelnen Fenstern 18 bildet das Maschinengestell 10 Tragarme 28,
an denen die Führungsschienen 22 für
die Lagerböcke 20 montiert sind und die auch Lineale
oder sonstige Positionsmarkierungen tragen, die eine genaue Bestimmung der
d-Koordinate jedes Lagerbockes relativ zum Maschinengestell erlauben.
Die genauen Positionen der Walzen ist deshalb insbesondere von den
Wärmeausdehnungen der Tragarme 28 abhängig.
Aus diesem Grund sind die Temperaturfühler 26 strategisch so
angeordnet, daß sie sich in der Nähe eines Endes dieses
Tragarms und zwar in der Nähe des Endes befinden, das dem
Gegendruckzylinder 16 näher liegt.
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Der
Effekt, den die Wärmeausdehnung des Maschinengestells 10 auf
die Positionen der Achsen der Walzen 12, 14 hat,
ist in 2 übertrieben dargestellt. In durchgezogenen
Linien sind hier die Positionen eines Fensters 18, eines
Lagerbockes 20 und eines darin gelagerten Druckzylinders 12 für
den Fall gezeigt, daß sich das Maschinengestell 10 einheitlich auf
einer bestimmten Standardtemperatur befindet, beispielsweise +20°C,
wie es beispielsweise vor Inbetriebnahme der Druckmaschine der Fall
ist. Die Achse des Druckzylin ders 12 (an einem Ende desselben)
hat dann die Koordinaten (d0, h0).
Dabei ist h0 ist durch die Konstruktion
der Druckmaschine vorgegeben und somit bekannt, und d0 wird
mit Hilfe der in den Lagerbock 20 integrierten Positionsfühleinrichtungen
gemessen. Beispielsweise kann es sich bei diesen Positionsfühleinrichtungen
um einen Inkrementgeber handeln, der die Änderungen der
Winkelstellung einer Spindel aufzeichnet, mit welcher der Lagerbock 20 längs
der Führungsschiene 22 verstellbar ist.
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Wenn
nun der betreffende Teil des Maschinengestells 10 auf eine
höhere Temperatur erwärmt wird, so führt
die Wärmeausdehnung dazu, daß sich die Position
des Fensters 18 und auch die Position des Lagerbockes 20 und
des Druckzylinders 12 ändert. Die neuen Positionen
sind in 2 gestrichelt eingezeichnet.
Die Achse des Druckzylinders 12 hat nunmehr die Koordinaten
(d1, h1). Da jedoch
die in den Lagerbock integrierte Positionsfühleinrichtung die
Position relativ zum Maschinengestell 10 mißt,
ist die Änderung von d0 auf d1 mit Hilfe dieser Fühleinrichtung
nicht meßbar. Sie führt aber gleichwohl dazu,
daß sich der Abstand zwischen der Achse des Druckzylinders 12 und
der Achse des Gegendruckzylinders 16 ändert, mit
der Folge, daß die Druckplatte auf dem Druckzylinder 12 nicht
mehr so fest gegen den Bedruckstoff angedrückt wird und
folglich die Qualität des Druckbildes beeinträchtigt
wird. Das gilt insbesondere dann, wenn der Gegendruckzylinder 16 selbst
keiner entsprechenden Wärmeausdehnung unterliegt, etwa
weil seine Temperatur mit Hilfe eines Wärmemediums auf
einen konstanten Wert geregelt wird.
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Bei
dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird nun, beispielsweise bei
Inbetriebnahme der Druckmaschine, einmalig eine Kalibrierungsprozedur ausgeführt,
deren wesentlichen Schritte in 3 dargestellt
sind und die dazu dient, festzustellen, wie sich Temperaturänderungen
des Maschinengestells 10 auf die Positionen der Achsen
der verschiedenen Walzen 12, 14 auswirken. Diese
Prozedur wird vorzugsweise für jedes Seitenteil des Maschinengestells gesondert
durchgeführt.
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In
Schritt S1 wird die Maschine auf eine Eichposition eingestellt,
in der die Achsen der Walzen 12, 14 die Koordinaten
(d0j, h0j) haben.
Der Index j dient hier zur Identifizierung der einzelnen Achsen
der Walzen 10, 12 und läuft von 1 bis
20, da insgesamt 10 Farbwerke mit je zwei Walzen 12, 14 vorhanden sind.
Bei der Eichposition kann es sich beispielsweise um die in 1 gezeigte
Position handeln, in der die Druckzylinder gegen den Gegendruckzylinder und
die Rasterwalzen gegen die Druckzylinder angestellt sind, wobei
in jedes Farbwerk Walzen mit genau bekannten Durchmessern eingesetzt
sind. Die Koordinaten d0j können
dann mit Hilfe der in die Lagerböcke integrierten Positionsfühleinrichtungen
gemessen werden.
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In
Schritt S2 werden mit Hilfe der Temperaturfühler 26 die
Temperaturen T0i gemessen. Der Index i zählt
hier die einzelnen Meßpunkte (Temperaturfühler 26)
und läuft demgemäß von 1 bis 10. Wenn die
Maschine längere Zeit in Ruhe in einer Halle mit einer
Temperatur von 20°C gestanden hat, so werden alle Werte
T0i 20°C betragen.
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Anschließend
wird in Schritt S3 das Maschinengestell 10 erwärmt,
und zwar vorzugsweise unter Bedingungen, die den Bedingungen bei
laufender Druckmaschine ähneln. Dazu kann beispielsweise die
Druckmaschine in Betrieb gesetzt werden, oder zumindest deren Trocknungseinrichtungen,
so daß insbesondere im Bereich der Durchführungen 24 Wärme
auf das Gestell übertragen wird.
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Wenn
sich nach einer gewissen Zeit ein neues Temperaturprofil im Maschinengestell 10 stabilisiert
hat, werden in Schritt S4 die neuen Temperaturen T1i erneut
mit Hilfe der Temperaturfühler 26 gemessen. Außerdem
werden die aufgrund der Wärmeausdehnung veränderten
Koordinaten d1j der Achsen der Walzen 12, 14 gemessen.
Dazu kann beispielsweise eine spezielle Meßeinrichtung
eingesetzt werden, die unabhängig von den in die Lagerböcke 20 integrierten
Positionsfühleinrichtungen arbeitet und nur einmalig bei
Inbetriebnahme der Druckmaschine benötigt wird. Um eine
noch größere Genauigkeit zu erreichen, werden
im gezeigten Beispiel auch die neuen Höhe h1j der
Achsen der Walzen 12, 14 gemessen.
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Zur
Messung der neuen Koordinaten d1j können
wahlweise auch die in die Lagerböcke integrierten Positionsfühleinrichtungen
benutzt werden, wenn man beispielsweise wie folgt vorgeht: Um die
Koordinaten d0j in der Eichposition genau
zu gemessen, wird der Gegendruckzylinder 16 in langsame
Rotation versetzt, während der Antrieb für den
Druckzylinder 12 abgeschaltet bleibt. Der Lagerbock 20 wird dann
langsam gegen den Gegendruckzylinder gefahren und angehalten, sobald
sich die Umfangsflächen von Druckzylinder und Gegendruckzylinder
berühren und deshalb der Druckzylinder beginnt, sich zu
drehen. Die dann gemessene Position wird als die Koordinate d0j registriert. Mit der zugehörigen
Rasterwalze verfährt man analog. Anschließend
werden die Lagerböcke wieder zurückgefahren, und
bei der Messung in Schritt S4 wird die oben beschriebene Prozedur
wiederholt. Wenn nun die Positionsfühleinrichtung (für
ein Farbwerk, das in 1 rechts vom Gegendruckzylinder 16 liegt)
einen kleineren Wert mißt, so bedeutet dies, daß sich
der betreffende Tragarm 28 aufgrund der Wärmeausdehnung
weiter von der Achse des Gegendruckzylinders 16 entfernt
hat. Die Distanz dieser Positionsveränderung ist durch
die Differenz zwischen den Meßergebnissen bei der ersten
und der zweiten Messung gegeben und entspricht der Differenz d1 – d0 in 2.
Auf diese Weise kann der gesuchte Wert für d1 berechnet
werden.
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In
der am 13. März 2008 eingereichten
Europäischen Patentanmeldung 08 004
685.7 der Anmelderin wird eine Druckmaschine beschrieben,
bei der an den Lagerböcken und den Walzen sowie ggf. auch am
Gegendruckzylinder magnetische Positionsmarken bzw. zugehörige
magnetische Positionssensoren (z. B. Hall-Sensoren) angeordnet sind,
mit denen die Lage der Positionsmarke relativ zum Sensor berührungslos,
ggf. auch in mehreren Achsen, mit hoher Präzision vermessen
werden kann. Bei einer solchen Druckmaschine ist es möglich,
die Differenz d
1j – d
0j direkt
zu messen, indem in der Eichposition gemäß
1 der
Gegendruckzylinder
16 und der Druckzylinder
12 bzw.
der Druckzylinder
12 und die Rasterwalze
14 so
eingestellt werden, daß ihre Positionsmarken und Sensoren
einander in geringem Abstand gegenüberliegen. Nach der
Erwärmung kann dann in Schritt S4 mit Hilfe des Hall-Sensors
direkt die Differenz d
1j – d
0j und – im Fall eines mehrachsigen
Sensors – auch die Differenz h
1j – h
0j gemessen werden.
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In
Schritt S5 wird dann eine Matrix von Korrekturkoeffizienten Kij berechnet: Kij = (d1j – d0j)/(T1i – T0i).
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Entsprechend
wird in Schritt S6 eine Matrix von Korrekturkoeffizienten Hij für die Höhen der Walzenachsen
berechnet: Hij = (h1j – h0j)/(T1i – T0i).
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4 illustriert
nun das eigentliche Verfahren zur Kompensation der Temperaturdrift
des Maschinengestells 10. Diese Prozedur wird zumindest einmal
durchgeführt, sobald die Druckmaschine ihre Betriebstemperatur
erreicht hat, kann jedoch auch vor und/oder während des
Betriebs der Druckmaschine zyklisch wiederholt werden, wie in 4 durch
eine Schleife angedeutet ist.
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In
Schritt S7 werden zunächst anhand der bekannten Durchmesser
der Walzen 12, 14 Basiswerte dj,d für
die d-Koordinaten der Walzenachsen berechnet. Anschließend
werden in Schritt S8 mit Hilfe der Temperaturfühler 26 die
aktuellen Temperaturen Ti gemessen.
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Die
Matrizen mit den Koeffizienten Kij und Hij bilden in diesem Beispiel ein lineares
mathematisches Modell, das die Temperaturabhängigkeit der Positionen
der Walzenachsen beschreibt. In Schritt S9 werden mit Hilfe dieses
Modells zunächst die Höhen der Walzenachsen korrigiert.
Dazu wird die Matrix mit dem durch die gemessenen Temperaturwerte Ti gebildeten Vektor multipliziert, und das
Resultat ist ein Vektor, der für jede Walze die durch die
Wärmeausdehnung bedingte Höhenänderung
angibt. Diese wird dann zu dem aus der Konstruktion der Maschine bekannten
nominalen Wert h0j für die Höhe
der betreffenden Walze addiert, so daß man für
jede Walze eine temperaturkorrigierte Höhe hj erhält.
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In
Schritt S10 werden dann anhand dieser temperaturkorrigierten Höhen
hj neue Basiswerte dj,bc für
die d-Koordinaten der Achsen berechnet. Damit wird dem Umstand Rechnung
getragen, daß, wie in 1 zu sehen
ist, einige der Druckzylinder 12 oberhalb oder unterhalb
der Achse des Gegendruckzylinders 16 an der Umfangsfläche
dieses Gegendruckzylinders anliegen, mit der Folge, daß die
d-Koordinaten, bei der sich die Umfangsflächen gerade berühren,
auch von der Höhe h der Achse der betreffenden Walze abhängig
ist. Diese Abhängigkeit, die von Farbwerk zu Farbwerk unterschiedlich
ist, wird durch die Korrektur in Schritt S10 berücksichtigt.
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Anschließend
werden in Schritt S11 durch eine Matrixmultiplikation des Temperaturvektors
Ti mit den Korrekturkoeffizienten Kij neue Sollwerte dj für
die d-Koordinaten der Achsen berechnet. Die Werte dj sind
hier als relative Koordinaten (relativ zum Maschinengestell 10)
definiert, d. h., es handelt sich um Werte, die direkt mit Hilfe
der in die Lagerblöcke 20 integrierten Positionsfühleinrichtungen
gemessen und kontrolliert werden können. Um diese relativen
Koordinaten zu erhalten, müssen von den in einem absoluten
Koordinatensystem gegebenen korrigierten Basiswerten dj,bc die
durch das Matrixprodukt gegebenen Temperaturkorrekturen subtrahiert werden.
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Wenn
dann in Schritt S12 die Walzen 12, 14 auf die
jeweils zugehörigen Werte dj eingestellt
werden, so ist der Einfluß der Wärmeausdehnung
korrigiert, und die Relativpositionen der Walzen zueinander sind
die gleichen wie in der Eichposition bei der Standardtemperatur.
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Es
versteht sich, daß dem hier benutzten mathematischen Modell
für die Temperaturabhängigkeit eine lineare Näherung
zugrundeliegt, d. h., es wird unterstellt, daß die Positionsänderungen
jeder Koordinate jeder Achse proportional zu den Änderungen
der Temperaturen an jedem Meßpunkt sind. Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind selbstverständlich auch
differenziertere nichtlineare Modelle möglich. Die Anzahl
der Meßpunkte ist im Prinzip beliebig. Im einfachsten Fall
kann nur ein einziger Temperaturfühler je Seitenteil des
Maschinengestells vorhanden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1916102
A [0003]
- - EP 1500500 B1 [0004]
- - EP 08004685 [0032]