DE102010042780A1

DE102010042780A1 - Fluidsystem

Info

Publication number: DE102010042780A1
Application number: DE201010042780
Authority: DE
Inventors: Päivi Rintamäki; Juhani Toppari; Arto Ikonen; Ville Hopponen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: AT510626A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluidsystem mit mindestens einem Fluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben getrennt sind, mindestens zwei digital gesteuerten Ventilen, die jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, einer Wegerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kolbenwegs oder einer Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, einer Zeitmesseinrichtung zum Messen einer Bewegungszeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, sowie einer Berechnungseinrichtung, die auf der Basis des erfassten Kolbenwegs oder des Wegs zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit einen Kalibrierungswert der Ventile berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidsystem und betrifft bevorzugt ein Fluidsystem einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie beispielsweise eine Papier- oder Kartonmaschine.
In Papiermaschinen wird verbreitet Arbeitsfluid (beispielsweise Hydrauliköl, Luft, Wasser, unterschiedliche Gase oder Emulsionen bzw. Gemische dieser Fluide) als Betätigungs- und Steuerungsmittel eingesetzt; insbesondere werden Stellglieder hydraulisch angetrieben, mit denen große Kräfte mit hoher Genauigkeit eingestellt und ausgeübt werden können.
In der Regel wird ein Arbeitsfluid verwendet, das von einer Pumpe unter Druck gesetzt wird. Die Einleitung des unter Druck stehenden Arbeitsfluids in ein hydraulisches Stellglied, wie beispielsweise einen Fluidzylinder oder einen Fluidmotor (beispielsweise Hydraulikmotor) wird vor allem in jüngerer Zeit mittels digital gesteuerter Ventile, die einen Druckregler bilden, gesteuert.
Die Arbeitsweise eines digitalen Druckreglers ist beispielsweise in der Zeitschrift „Fluid", Nr. 7–8, 2008, Seiten 12–13 genauer beschrieben und wird nachfolgend nochmals sehr kurz zusammengefasst dargestellt:
Ein digital gesteuerter Druckregler besteht im einfachen Fall aus einer Reihe parallel geschalteter, digital gesteuerter Ventile, die lediglich eine AUF/ZU-Funktion besitzen, und im Ruhezustand (ZU-Zustand) dicht sind. Es sind also einfache Ein-Aus-Schaltventile, die einen Durchfluss zulassen oder unterbrechen und in dieser Anmeldung durchgängig als Ventile bezeichnet werden können. Die Ventile sind alle mit einer gemeinsamen Zuführleitung einerseits und mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung andererseits verbunden. Die Ventile selbst können herkömmliche Solenoidventile, d. h. Ventile mit elektromagnetischem Antrieb sein. Natürlich können auch andere Antriebsformen gewählt werden.
Diese Ventile können unterschiedliche Durchflüsse haben, beispielsweise durch Anschluss oder Einbau von Drosselelementen. Bevorzugt stehen die Ventile in einem Reihenverhältnis von 1:2:4:8 ... zueinander, wobei sich die Länge der Reihe gemäß der Zahl der Ventile bestimmt.
Durch Öffnen und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen, die auf der Basis von mathematischen Modellen von einem Rechner bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche und präzise Druckeinstellung in der Ausgangsleitung bzw. in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden. Dies wird erreicht, indem die analoge Regelkurve eines herkömmlichen proportionalen Steuerventils durch eine digital erstellte (angenäherte) Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von Nichtlinearitäten und/oder Hysterese des analogen Proportionalventils eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es erlaubt, einen Regelpunkt schnell und (nahezu) überschwingungsfrei anzufahren. Eine Verwendung von solchen Druckreglern ist beispielsweise in der WO 2009/077650 A1 beschrieben.
Um jedoch einen Druck in einem Fluidsystem mit digital gesteuerten Ventile präzise einstellen zu können, müssen die Durchflussraten der Ventile bekannt sein bzw. muss das System kalibriert werden. Dazu werden herkömmlich Strömungsmesseinrichtungen wie ein Rotameter, Drucktransmitter, etc. verwendet, die zusätzliche Komponenten sind und damit einen erhöhten Kostenaufwand zur Folge haben.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Fluidsystem mit digital gesteuerten Ventilen, in dem auf einfache und kostengünstige Weise ein Kalibrierungswert der Ventile bestimmt werden kann, sowie ein entsprechendes Kalibrierungswertbestimmungsverfahren vorzusehen.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Fluidsystem und einem Kalibrierungswertbestimmungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß hat ein Fluidsystem, insbesondere einer Maschine zur Herstellung einer Fahrstoffbahn,
mindestens einen Fluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben getrennt sind,
mindestens zwei digital gesteuerte Ventile, die jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind,
eine Wegerfassungseinrichtung, bevorzugt in Form eines Wegsensors, zum Erfassen eines Kolbenwegs oder eine Positionserfassungseinrichtung, bevorzugt in Form eines Positionsschalters oder Näherungssensors, zum Erfassen einer Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind,
eine Zeitmesseinrichtung zum Messen einer Bewegungszeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, und
eine Berechnungseinrichtung, die auf der Basis des erfassten Kolbenwegs oder des Wegs zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit einen Kalibrierungswert der Ventile berechnet. Dabei ist der Kalibrierungswert bevorzugt der Durchflusskoeffizient (Kv-Wert [m³/h]).
Zur Berechnung des Kalibrierungswerts werden zunächst die zwei digital gesteuerten Ventile, die einen Druckregler bilden, geöffnet, so dass die beiden Druckkammern des Kolbens mit Druck beaufschlagt werden (in eine Kammer wird Fluid zugeführt; aus der anderen Kammer wird Fluid abgeführt) und sich der Kolben dadurch von einem Ende zu dem anderen Ende des Fluidzylinders (oder gegebenenfalls gegen eine mechanische Sperre bzw. Anschlag) bewegt. Während dieser Bewegung des Kolbens wird entweder mittels der Wegerfassungseinrichtung dessen zurückgelegter Weg erfasst oder es wird mittels der Positionserfassungseinrichtung erfasst, wenn der Kolben die Erfassungsstellen passiert. Des Weiteren misst die Zeitmesseinrichtung die Zeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt. Die Berechnungseinrichtung (bspw. in Form einer CPU) berechnet dann aus dem zurückgelegten Kolbenweg und der zurückgelegten Zeit oder aus dem Weg zwischen den Erfassungsstellen (dieser korrespondiert zu dem vorbestimmten Abstand und ist daher bekannt) und der Zeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, bspw. einen Volumenstrom durch die Ventile oder den Durchflusskoeffizienten der Ventile, die Kalibrierungswerte darstellen.
Somit kann in einfacher und kostengünstiger Weise ein Kalibrierungswert der Ventile berechnet werden.
Dieses Fluidsystem hat folgende Vorteile:

– es müssen keine zusätzlichen kostenaufwendigen Strömungsmesseinrichtungen, Rotameter, Drucktransmitter, etc. vorgesehen werden,
– es sind keine zusätzlichen Absperrventile notwendig, um die Zylinderkammern abzusperren, wie es etwa bei herkömmlichen Systemen der Fall ist,
– neue Kalibrierungswerte können in dem System leicht, schnell und genau gemessen und aktualisiert werden,
– insbesondere die Positionserfassungseinrichtung bspw. in Form eines Positionsschalters oder Näherungssensors ist eine sehr kostengünstige und einfache Lösung, um den zurückgelegten Kolbenweg zu ermitteln, die sich auch zur Nachrüstung von Kolben bestehender Fluidsysteme eignet,
– auf der Basis solcher Simulationen/Berechnungen können die Kalibrierungswerte der Ventile äußerst genau bestimmt werden, wodurch, falls das Fluidsystem mit zwei Fluidzylindern beispielsweise zum Anheben einer Walze in einer Papiermaschine versehen ist, der synchrone Betrieb dieser zwei Zylinder mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, ohne dass eine Rückkopplung notwendig ist.

Bevorzugt berechnet die Berechnungseinrichtung aus dem erfassten Kolbenweg oder dem Weg zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit eine Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens.
Bevorzugt weist das Fluidsystem eine Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Druckdifferenz an den Ventilen auf, wobei die Berechnungseinrichtung den Kalibrierungswert auf der Basis der erfassten Druckdifferenz berechnet.
Bevorzugt sind die Erfassungsstellen in Kolbenbewegungsrichtung von gegenüberliegenden Enden des Fluidzylinders, die den maximalen Kolbenhub festlegen, beabstandet. Bevorzugt ist dabei jede Erfassungsstelle in einem Abstand von mehr als 10% des maximalen Kolbenhubs von einem Ende angeordnet und/oder die Erfassungsstellen sind in einem gleichem Abstand von je einem Ende angeordnet. Beispielsweise können bei einem Zylinder mit einem 300 mm langen Hub die Erfassungsstellen nach 50 mm und 250 mm Hubweg angeordnet sein, so dass der Abstand zwischen den Erfassungsstellen 200 mm beträgt.
Eine derartige Anordnung der Erfassungsstellen hat den Vorteil, dass sich der Kolben bereits in Bewegung befindet, wenn dessen Position erfasst wird, d. h. der Kolben wird im „fliegenden Start” erfasst, wodurch sich seine Geschwindigkeit und Drücke in dem Zylinder bereits normalisiert haben, so dass die Bewegung des Kolbens zwischen den Erfassungsstellen annähernd gleichmäßig verläuft. Damit ist eine äußerst präzise Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens und damit Berechnung des Kalibrierungswerts möglich.
Bevorzugt ist der Fluidzylinder ein Differenzialzylinder mit Kolbenstange, der als Stellglied eingesetzt wird. Beispielsweise kann der Fluidzylinder als Stellglied zum Bewegen einer Walze in einer Papiermaschine eingesetzt werden.
Alternativ kann der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Zylinder ohne Kolbenstange sein. Dieser Zylinder ohne Kolbenstange kann zusammen mit den digitalen Ventilen, die einen Druckregler bilden, in einem Ventilblock ausgebildet sein, oder kann als separater Zylinder vorgesehen sein.
Falls der Fluidzylinder der vorstehend genannte doppeltwirkende Zylinder ohne Kolbenstange ist, hat das Fluidsystem bevorzugt des Weiteren mindestens einen als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben mit Kolbenstange getrennt sind, wobei die Ventile jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, und eine Absperreinrichtung, bevorzugt in Form mindestens zweier Absperrventile, die eine Absperrung der Druckkammern des Differenzialfluidzylinders gegenüber den Ventilen sowie den Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange ermöglicht.
Zum Berechnen eines Kalibrierungswerts der Ventile mit einem derartigen System werden mittels der Absperreinrichtung, die beispielsweise auch aus digital gesteuerten Ventilen gebildet sein kann, die Druckkammern des Differenzialzylinders gegenüber den Ventilen und den Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange abgesperrt. Dann werden die beiden Ventile geöffnet und die Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange mit Druck beaufschlagt (in eine Kammer wird Fluid zugeführt; aus der anderen Kammer wird Fluid abgeführt), so dass sich der Kolben gemäß der eingestellten Druckdifferenz von einem Ende zu dem anderen Ende (oder gegebenenfalls gegen eine mechanische Sperre/Anschlag) des Zylinders ohne Kolbenstange bewegt. Eine Berechnung eines Kalibrierungswerts der Ventile erfolgt dann, wie vorstehend beschrieben ist, auf der Basis des zurückgelegten Wegs sowie der dazu benötigten Zeit.
Die Vorteile dieses Systems sind wie folgt:

– das System benötigt keine zusätzlichen kostenaufwendigen Strömungsmesseinrichtungen, wie bspw. einen Strömungstransmitter,
– die Kalibrierungsmessung kann durchgeführt werden, ohne dass der Kolben des als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylinders bewegt werden muss; insbesondere in einem Fall, in dem zwei dieser Stellglieder vorgesehen sind, um beispielsweise eine Walze in einer Papiermaschine zu bewegen, kann auf diese Weise ein Verkippen der Walze verhindert werden,
– der doppeltwirkende Zylinder ohne Kolbenstange kann in bestehenden Fluidsystemen mit als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylindern leicht ergänzt werden und es sind keine Modifikationen an den Differenzialfluidzylindern notwendig.

Bevorzugt sind die Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange mit den Druckkammern des Differenzialfluidzylinders verbunden, so dass eine Bewegung des Kolbens des Zylinders ohne Kolbenstange, bevorzugt durch entsprechende Druckbeaufschlagung seiner Druckkammern (beispielsweise mittels der digital gesteuerten Ventile), zu einer Bewegung des Kolben des Differenzialfluidzylinders führt.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Zylinder ohne Kolbenstange dazu einzusetzen, den Kolben des Differenzialfluidzylinders zu bewegen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls der Kolben des Differenzialfluidzylinders schnell bewegt werden muss.
Bevorzugt hat das Fluidsystem gemäß allen vorstehend beschriebenen Aspekten eine Vielzahl von digital gesteuerten Ventilen, von denen ein Teil der einen Druckkammer und der andere Teil der anderen Druckkammer des Fluidzylinders zur Drucksteuerung zugeordnet ist, und weist eine Steuerungseinrichtung auf, die, um eine Bewegung des Kolbens des Fluidzylinders zur Berechnung des Kalibrierungswerts zu erhalten, immer nur ein Ventilpaar bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils auswählt und öffnet. Das heißt ein Ventilpaar wird ausgewählt und geöffnet, so dass der Kolben des Fluidzylinders sich von einem Ende zu dem andere Ende des Fluidzylinders bewegt, die Kalibrierungswerte dieses Ventilpaars werden berechnet, und anschließend wird das Ventilpaar geschlossen und ein anderes Ventilpaar wird zur Berechnung der Kalibrierungswerte ausgewählt und geöffnet, wobei dieser Ablauf gewöhnlich so lange wiederholt wird, bis die Kalibrierungswerte einer gewünschten Anzahl von Ventilen oder aller Ventile berechnet worden ist.
Das erfindungsgemäße Kalibrierungswertbestimmungsverfahren für ein Fluidsystem, insbesondere einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, mit mindestens einem Fluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben getrennt sind, und mindestens zwei digital gesteuerten Ventilen, die jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, weist folgende Schritte auf:
Öffnen der Ventile, um den Kolben zu bewegen,
Erfassen eines Kolbenwegs oder Erfassen einer Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind,
Messen einer Bewegungszeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, und
Berechnung eines Kalibrierungswerts, bevorzugt des Durchflusskoeffizienten, der Ventile auf der Basis des erfassten Kolbenwegs oder des Wegs zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit.
Dieses Verfahren ist einfach durchzuführen, besonders in bereits bestehenden Fluidsystemen mit einem Fluidzylinder, und es müssen keine separaten Strömungsmesseinrichtungen wie Rotameter vorgesehen werden.
Bevorzugt weist das Verfahren des Weiteren den Schritt des Berechnens einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens aus dem erfassten Kolbenweg oder dem Weg zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit auf.
Weiter bevorzugt weist das Verfahren folgende Schritte auf:
Erfassen einer Druckdifferenz an den Ventilen, und
Berechnen des Kalibrierungswerts auf der Basis der erfassten Druckdifferenz.
Bevorzugt wird der Kolben über den maximalen Kolbenhub von einem Ende zu dem anderen Ende des Fluidzylinders bewegt. Er kann aber auch gegen eine mechanischen Sperre bzw. einen Anschlag bewegt werden.
Bei dem vorstehenden Kalibrierungswertbestimmungsverfahren für ein Fluidsystem ist das Fluidsystem bevorzugt so ausgestaltet, wie es vorstehend beschrieben ist.
Falls in dem Fluidsystem der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Zylinder ohne Kolbenstange ist und das Fluidsystem mindestens einen als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben mit Kolbenstange getrennt sind, aufweist, wobei die Ventile jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, dann wird bei einem bevorzugten Aspekt des Kalibrierungswertbestimmungsverfahrens vor dem Schritt des Öffnens der Ventile, um den Kolben des Fluidzylinders zu bewegen, ein Schritt des Absperrens der Druckkammern des Differenzialzylinders gegenüber den Ventilen sowie den Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange durchgeführt.
Des Weiteren, falls das Fluidsystem eine Vielzahl von digital gesteuerten Ventilen umfasst, von denen ein Teil der einen Druckkammer des Fluidzylinders und der andere Teil der anderen Druckkammer des Fluidzylinders zur Drucksteuerung zugeordnet ist, dann wird gemäß einem bevorzugten Aspekt des Kalibrierungswertbestimmungsverfahrens in einem Berechnungszyklus, in dem vorgenannte Schritte jeweils (einmal) durchgeführt werden, ein Ventilpaar bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils ausgewählt und geöffnet, wobei in jedem nachfolgenden Berechnungszyklus ein anderes Ventilpaar ausgewählt und geöffnet wird. Bevorzugt wird dieser Berechnungszyklus mindestens so oft wiederholt, bis die Kalibrierungswerte aller Ventile berechnet worden sind. Es ist natürlich auch möglich, den Berechnungszyklus beliebig auszugestalten, um, beispielsweise, die Kalibrierungswerte nur ausgewählter Ventile zu berechnen.
Ein Fluid im Sinne der Erfindung ist bevorzugt Öl, Wasser, Gas und deren Gemische (beispielsweise Wasser-Öl, Wasser-Gas, zwei miteinander vermischte Gase, etc.).
Die Erfindung wird nachfolgend hinsichtlich verschiedener Aspekte anhand von beispielhaften Ausgestaltungen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt schemenhaft ein Fluidsystem einer Papiermaschine, das gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
Das in der 1 gezeigte Fluidsystem einer Papiermaschine hat einen Versorgungsabschnitt 1, einen digital gesteuerten Druckregler 2, einen doppeltwirkenden Zylinder 3 mit einem Kolben ohne Kolbenstange (der in diesem Beispiel der Fluidzylinder im Sinne der Ansprüche ist), digital gesteuerte Absperrventile 4, einen Differenzialfluidzylinder 5 zur Verstellung einer Walze in der Papiermaschine sowie Drucksensoren 6. Dabei sind, wie mit gestrichelten Linien in 1 angedeutet ist, der Druckregler 2, der Zylinder 3 und die Absperrventile 4 in einem gemeinsamen Ventilblock integriert.
Der Versorgungsabschnitt 1 umfasst einen Druckspeicher, einen Pumpenanschluss sowie einen Tank (alle nicht gezeigt) und versorgt den digital gesteuerten Druckregler 2 zum Betrieb des Zylinders 3 und des Differenzialfluidzylinders 5. Der Druckregler 2 besteht aus einer Vielzahl von parallel geschalteten, digital gesteuerten Ventilen mit unterschiedlichen Durchflussraten. Der Druckregler 2 ist mit den Druckkammern des Zylinders 3 und über die Absperrventile 4 mit den Druckkammern des Differenzialfluidzylinders 5 verbunden, so dass Füllmenge und Druck in den Druckkammern des Zylinders 3 und des Differenzialfluidzylinders 5 eingestellt werden können. Dabei ist ein Teil der Ventile des Druckreglers 2 zur Fluidzufuhr/-abfuhr einer Druckkammer des Zylinders 3 und einer Druckkammer des Differenzialfluidzylinders 5 zugeordnet, und der andere Teil der Ventile ist zur Fluidzufuhr/-abfuhr der anderen Druckkammer des Zylinders 3 und der anderen Druckkammer des Differenzialfluidzylinders 5 zugeordnet (die genaue Arbeitsweise eines solchen Druckreglers ist bspw. in der WO 2009/077650 A1 oder der deutschen Patentanmeldung 10 2009 026 605.4 beschrieben und wird hier nicht näher erläutert). Die Druckssensoren 6 erfassen den Druck in den Druckkammern des Zylinders 3 bzw. des Differenzialzylinders 5.
In diesem Beispiel ist weiter eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Kolbenposition des Kolbens des Zylinders 3 vorgesehen. Im Speziellen besteht die Erfassungseinrichtung aus zwei Näherungssensoren (nicht gezeigt), die in Kolbenbewegungsrichtung von gegenüberliegenden Enden des Zylinders 3 in einem gleichen Abstand angeordnet sind. Der Abstand ist dabei so gewählt, dass sich an den Erfassungsstellen eine Kolbenbewegung bereits vergleichmäßigt hat, d. h. bspw. der Einfluss einer Anfangsbeschleunigung bzw. Endverzögerung minimiert ist. Des Weiteren verfügt das Fluidsystem über eine Zeitmesseinrichtung zum Messen der Bewegungszeit, die der Kolben des Zylinders 3 zum Zurücklegen des Wegs zwischen den beiden Erfassungsstellen benötigt.
Zur Berechnung von Kalibrierungswerten, beispielsweise des Durchflusskoeffizienten, wird das Fluidsystem wie folgt betrieben:
Zunächst werden die Druckkammern des Differenzialzylinders 5 mittels der digital gesteuerten Ventile 4 abgesperrt. Dann wird ein Ventilpaar des Druckreglers 2 bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils geöffnet, wobei über eines der Ventile Fluid in eine Kammer des Zylinders 3 zugeführt wird und über das andere Ventil Fluid aus der anderen Kammer des Zylinders 3 abgeführt wird. Dadurch bewegt sich der Kolben, der in Ruhelage an einem Ende des Zylinders 3 anliegt, zu dem anderen Ende des Zylinders 3. Während dieser Bewegung des Kolbens von dem einen Ende zu dem anderen Ende, gibt der erste Näherungssensor ein Signal aus, wenn sich der Kolben in der ersten Erfassungsposition befindet bzw. diese passiert. Dadurch wird der Beginn der Zeitmessung durch die Zeitmesseinrichtung ausgelöst. Wenn anschließend mittels des zweiten Näherungssensors erfasst wird, dass sich der Kolben in der zweiten Erfassungsposition befindet bzw. diese passiert, dann wird die Zeitmessung gestoppt. Da der Abstand zwischen den Erfassungspositionen bekannt ist, kann aus diesem und der erfassten Zeit die Kolbengeschwindigkeit und daraus wiederum ein Kalibrierungswert der Ventile berechnet werden. Zur Berechnung des Durchflusskoeffizienten werden des Weiteren die in den Kammern des Zylinders 3 vorherrschenden Drücke einbezogen, die von den Drucksensoren 6 erfasst werden.
Nachdem die Kalibrierungswerte für das Ventilpaar berechnet worden sind, werden diese Ventile wieder geschlossen, und für den nächsten Berechnungszyklus wird ein anderes Ventilpaar bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils ausgewählt und geöffnet.
Dieser Vorgang wird bevorzugt solange wiederholt, bis die Kalibrierungswerte aller Ventile des Druckreglers 2 berechnet worden sind.
Als ein vorteilhafter Aspekt dieses Fluidsystems kann der Zylinder 3 dazu verwendet werden, um eine schnelle Bewegung des Kolbens des Differenzialzylinders 5 zu bewirken, beispielsweise zum Öffnen eines Walzenspalts in der Papiermaschine. Während des normalen Betriebs können die Kammerdrücke sowohl des Zylinders 3 als auch des Differenzialzylinders 5 separat und genau über den Druckregler 2 gesteuert werden. Im Speziellen wird während des normalen Betriebs ein Druck über den Druckregler 2 so gesteuert, dass die Druckdifferenz zwischen den zwei Druckkammern des Zylinders 3 immer dasselbe Vorzeichen hat. Da die Wirkflächen des Kolbens des Zylinders 3, die seinen beiden Druckkammern zugeordnet sind, gleich groß sind, wird der Kolben des Zylinders 3 somit gegen ein Zylinderende gedrückt und bleibt in dieser Position. Falls nun ausgehend von diesem normalen Betrieb der Kolben des Differenzialzylinders 5 bewegt werden soll, wird über den Druckregler 2 ein Druck so geregelt, dass sich das Vorzeichen der Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern des Zylinders 3 ändert, so dass sich der Kolben des Zylinders 3 von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Zylinders 3 bewegt. Dieses Verfahren des Kolbens des Zylinders 3 bewirkt eine Bewegung des Kolbens des Differenzialzylinders 5, die zu dem verdrängten Volumen des Zylinders 3 korrespondiert. Auf diese Weise ist es möglich, eine schnelle Verstellung des Kolbens des Differenzialzylinders 5 zu bewirken.
Obwohl vorstehend der Aspekt der Erfindung beschrieben worden ist, in dem die Kalibrierungswerte der Ventile über die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens des Zylinders 3 erfasst wird, ist es auch möglich, die Kalibrierungswerte der Ventile des Druckreglers 4 über eine Bewegung des Kolbens des Differenzialzylinders 5 nach dem gleichen Prinzip, wie vorstehend beschrieben, zu erfassen, so dass der Kolben 3 nicht vorgesehen werden muss. In diesem Fall sind auch die Absperrventile 4 unnötig. Als Alternative zu der Erfassungseinrichtung, die die Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen erfasst, kann ein Wegsensor, beispielsweise ein Linearwegsensor, zum Erfassen des Kolbenwegs verwendet werden.
Alternativ zu den vorstehend beschriebenen Verfahren und Fluidsystemen ist es möglich, in einem Fluidsystem einer Papiermaschine, das einen aus einer Vielzahl von digital gesteuerten Ventilen gebildeten Druckregler umfasst, die Kalibrierungswerte der Ventile zu bestimmen, indem pro Berechnungszyklus immer nur ein Ventil des Druckreglers geöffnet wird und die Druckdifferenz an diesem Ventil erfasst wird. Über ein Programm kann dann der gewünschte Kalibrierungswert (bspw. Durchfluss bzw. Durchflussrate) des Ventils berechnet werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es äußerst einfach ist, programmtechnisch leicht in bestehenden Systemen umgesetzt werden kann und keine zusätzlichen Komponenten (bspw. Rotameter, Drucktransmitter, etc.) für die Kalibrierung erfordert sind, wodurch Kosten eingespart werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/077650 A1 [0006, 0039]
DE 102009026605 [0039]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Fluid”, Nr. 7–8, 2008, Seiten 12–13 [0004]

Claims

Fluidsystem, insbesondere einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, mit mindestens einem Fluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben getrennt sind, mindestens zwei digital gesteuerten Ventilen, die jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, einer Wegerfassungseinrichtung, bevorzugt in Form eines Wegsensors, zum Erfassen eines Kolbenwegs oder einer Positionserfassungseinrichtung, bevorzugt in Form eines Positionsschalters oder Näherungssensors, zum Erfassen einer Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, einer Zeitmesseinrichtung zum Messen einer Bewegungszeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, sowie einer Berechnungseinrichtung, die auf der Basis des erfassten Kolbenwegs oder des Wegs zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit einen Kalibrierungswert, bevorzugt den Durchflusskoeffizienten, der Ventile berechnet.
Fluidsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung aus dem erfassten Kolbenweg oder dem Weg zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit eine Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens berechnet.
Fluidsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Druckdifferenz an den Ventilen, wobei die Berechnungseinrichtung den Kalibrierungswert auf der Basis der erfassten Druckdifferenz berechnet.
Fluidsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsstellen in Kolbenbewegungsrichtung von gegenüberliegenden Enden des Fluidzylinders, die den maximalen Kolbenhub festlegen, beabstandet sind, wobei bevorzugt jede Erfassungsstelle in einem Abstand von mehr als 10% des maximalen Kolbenhubs von einem Ende angeordnet ist und/oder die Erfassungsstellen in gleichem Abstand von je einem Ende angeordnet sind.
Fluidsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Differenzialzylinder mit Kolbenstange ist, der als Stellglied eingesetzt wird.
Fluidsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Zylinder ohne Kolbenstange ist.
Fluidsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens einen als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben mit Kolbenstange getrennt sind, wobei die Ventile jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, und eine Absperreinrichtung, bevorzugt in Form mindestens zweier Absperrventile, die eine Absperrung der Druckkammern des Differenzialfluidzylinders gegenüber den Ventilen sowie den Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange ermöglicht.
Fluidsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange mit den Druckkammern des Differenzialfluidzylinders verbunden sind, so dass eine Bewegung des Kolbens des Zylinders ohne Kolbenstange, bevorzugt durch entsprechende Druckbeaufschlagung seiner Druckkammern, zu einer Bewegung des Kolben des Differenzialfluidzylinders führt.
Fluidsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem eine Vielzahl von digital gesteuerten Ventilen, von denen ein Teil der einen Druckkammer und der andere Teil der anderen Druckkammer des Fluidzylinders zur Drucksteuerung zugeordnet ist, und eine Steuerungseinrichtung aufweist, die, um eine Bewegung des Kolbens des Fluidzylinders zur Berechnung des Kalibrierungswerts zu erhalten, immer nur ein Ventilpaar bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils auswählt und öffnet.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren für ein Fluidsystem, insbesondere einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, mit mindestens einem Fluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben getrennt sind, und mindestens zwei digital gesteuerten Ventilen, die jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Öffnen der Ventile, um den Kolben zu bewegen, Erfassen eines Kolbenwegs oder Erfassen einer Kolbenposition an zwei Erfassungsstellen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, Messen einer Bewegungszeit, die der Kolben zum Zurücklegen des Kolbenwegs oder zum Zurücklegen des Wegs zwischen den Erfassungsstellen benötigt, und Berechnen eines Kalibrierungswerts, bevorzugt des Durchflusskoeffizienten, der Ventile auf der Basis des erfassten Kolbenwegs oder des Wegs zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren folgenden Schritt aufweist: Berechnen einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens aus dem erfassten Kolbenweg oder dem Weg zwischen den Erfassungsstellen und der Bewegungszeit.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Druckdifferenz an den Ventilen, und Berechnen des Kalibrierungswerts auf der Basis der erfassten Druckdifferenz.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsstellen in Kolbenbewegungsrichtung von gegenüberliegenden Enden des Zylinders, die den maximalen Kolbenhub festlegen, beabstandet sind, wobei bevorzugt jede Erfassungsstelle in einem Abstand von mehr als 10% des maximalen Kolbenhubs von einem Ende angeordnet ist und/oder die Erfassungsstellen in gleichem Abstand von je einem Ende angeordnet sind.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben über den maximalen Kolbenhub von einem Ende zu dem anderen Ende des Fluidzylinders bewegt wird.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Differenzialzylinder mit Kolbenstange ist, der als Stellglied eingesetzt wird.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzylinder ein doppeltwirkender Zylinder ohne Kolbenstange ist.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach Anspruch 16, des Weiteren mit mindestens einem als Stellglied eingesetzten doppeltwirkenden Differenzialfluidzylinder mit zwei Druckkammern, die durch einen Kolben mit Kolbenstange getrennt sind, wobei die Ventile jeweils einer der Druckkammern zur Drucksteuerung zugeordnet sind.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Schritt des Öffnens der Ventile, um den Kolben des Fluidzylinders zu bewegen, einen Schritt des Absperrens der Druckkammern des Differenzialfluidzylinders gegenüber den Ventilen sowie den Druckkammern des Zylinders ohne Kolbenstange aufweist.
Kalibrierungswertbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem eine Vielzahl von digital gesteuerten Ventilen umfasst, von denen ein Teil der einen Druckkammer des Fluidzylinders und der andere Teil der anderen Druckkammer des Fluidzylinders zur Drucksteuerung zugeordnet ist, und in einem Berechnungszyklus, in dem die vorhergehenden Schritte jeweils durchgeführt werden, ein Ventilpaar bestehend aus einem Ventil des einen Teils und einem Ventil des anderen Teils ausgewählt und geöffnet wird, wobei in jedem nachfolgenden Berechnungszyklus ein anderes Ventilpaar ausgewählt und geöffnet wird, und bevorzugt der Berechnungszyklus mindestens so oft wiederholt wird, bis die Kalibrierungswerte aller Ventile berechnet worden sind.