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Die Erfindung betrifft ein Walzenspaltmesssystem zum Messen des radialen Abstandes zwischen zwei Walzen sowie ein Walzenspaltverstellsystem und ein Glättwerk mit einem solchen Walzenspaltmesssystem und entsprechende Verfahren zum Messen und Verstellen des radialen Abstandes zwischen zwei Walzen.
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Zur Herstellung von Folien aus Kunststoffen oder Gummi werden sogenannte Glättwerke oder Kalander verwendet. Ein Glättwerk weist eine Anordnung von mehreren Walzen oder Rollen auf, durch die der Kunststoff oder das Gummi hindurchgeführt wird. Um die Dicke der Folie variieren zu können, kann der Abstand wenigstens zweier Walzen zueinander – der Walzenspalt – beispielsweise mittels einer Verstellspindel eingestellt werden. Zur Regulierung des Walzenspaltes ist ein adäquates Messsystem erforderlich, welches eine sehr genaue Einstellung erlaubt.
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Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Möglichkeiten der Walzenspaltmessung bekannt, wie beispielsweise Lasermessung, Wirbelstrommessung, induktiver Wegaufnehmer, Seilzugsensor, Magnetbandmessung, Potentiometer oder magnetostriktive Sensoren. Diese haben jedoch alle Nachteile, sind beispielsweise zu ungenau, haben zu große Abmessungen oder sind temperaturempfindlich.
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Eine verbreitete Methode der Walzenspaltmessung erfolgt mittels Potentiometer. Dabei ist an der Spindelmutter einer Verstellspindel eine Messfahne angebracht, die auf einer Skala den Abstand zwischen den Walzen zeigt. Aufgrund der Länge der Messfahne (die Skala kann nicht direkt an der Spindel befestigt werden) und deren Ausschwenkung entsteht jedoch eine Art Parallaxefehler, so dass die Abstandsbestimmung sehr ungenau ist. Zudem kann durch das Gewindespiel und durch das Spiel der Spindelmutternlagerung die Spindel pendeln, und durch das am Spindelende befestigte Gegenlager wird der Messfehler vergrößert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Walzenspaltmesssystem bereitzustellen, welches die Nachteile bekannter Walzenspaltmesssysteme überwindet, insbesondere eine hohe Messgenauigkeit und geringe Einbaugröße aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Walzenspaltmesssystem zum Messen des radialen Abstandes zwischen zwei Walzen, dem Walzenspalt, gemäß Anspruch 1. Dabei ist eine Walze mittels einer Verstellspindel in ihrer Position, also ihrem radialen Abstand zu der anderen Walze, veränderlich, wobei die Verstellspindel eine Spindelmutter aufweist, die als Verstellelement dient. Das Walzenspaltmesssystem weist zudem einen Umdrehungsmesser zum Messen der Umdrehungen der Spindelmutter auf. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Walzenspaltverstellsystem gemäß Anspruch 6 sowie ein Glättwerk gemäß Anspruch 7 und durch entsprechende Verfahren gemäß den Ansprüchen 8 und 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dabei liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die konstante Steigung der Spindelmutter zu nutzen und durch Messung der Umdrehungen der Spindelmutter den Abstand zwischen den Walzen zu bestimmen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spindelmutter und der Umdrehungsmesser über einen Riementrieb, insbesondere einen Zahnriementrieb, miteinander verbunden. Dabei weisen die Spindelmutter und der Umdrehungsmesser auf ihren Drehachsen Riemenscheiben, insbesondere Zahnriemenscheiben, auf, auf denen der Riemen läuft, so dass die Drehbewegung mittels des Riemens von der Spindelmutter auf den Umdrehungsmesser übertragen wird. Die Verbindung über einen Riementrieb hat insbesondere den Vorteil, dass der Umdrehungsmesser räumlich entfernt von der Spindelmutter angeordnet sein kann und somit in platzsparender Weise angeordnet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umdrehungsmesser als Drehwinkelgeber ausgestaltet. Beispielsweise kann mit einem Multiturn-Absolut-Drehwinkelgeber, der mehrere Umdrehungen messen kann, der Drehwinkel der Spindelmutter sehr präzise gemessen werden. Ein Absolut-Drehwinkelgeber hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Messwert auch bei Ausfall der Stromzufuhr erhalten bleibt.
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Ferner ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Umdrehungsmesser mit einer Verarbeitungseinheit gekoppelt, welche den Abstand zwischen den Walzen anhand der vom Umdrehungsmesser gemessenen Umdrehungen bestimmt. Der Hub der Verstellspindel, welcher dem Abstand zwischen den Walzen entspricht, wird also nicht direkt gemessen, sondern aus dem Drehwinkel der Spindelmutter berechnet. Vorteilhafterweise wird der von der Verarbeitungseinheit bestimmte Abstand zwischen den Walzen mittels einer Ausgabeeinheit ausgegeben.
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Ein Walzenspaltverstellsystem zum Verstellen des radialen Abstandes zwischen zwei Walzen weist neben einem erfindungsgemäßen Walzenspaltmesssystem zudem einen Verstellantrieb zum Rotieren der Spindelmutter und eine Steuereinheit zum Steuern des Verstellantriebes auf, wobei die Steuereinheit des Verstellantriebes in Abhängigkeit von den mittels des Umdrehungsmessers gemessenen Umdrehungen der Spindelmutter erfolgt. Vorteilhafterweise weist das Walzenspaltverstellsystem außerdem eine Eingabeeinheit zur Eingabe eines Sollwertes für den gewünschten Walzenspalt auf. So kann der Walzenspalt auf den Sollwert geregelt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Walzenspaltmesssystem wird vorzugsweise in einem Glättwerk, insbesondere Kalander oder Planetkalander, mit wenigstens zwei in ihrem Abstand veränderbaren Walzen zum Formen von Bahnen aus Kunststoff oder Gummi eingesetzt. Ein Glättwerk kann natürlich mehr als zwei Walzen aufweisen, von denen auch mehrere in ihrer radialen Position zueinander verstellbar sein können, wobei wenigstens eine Walze mit einem erfindungsgemäßen Walzenspaltmesssystem ausgestaltet sein kann.
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Das erfindungsgemäße Walzenspaltmesssystem weist eine höhere Messgenauigkeit, verbesserte Reproduzierbarkeit und Bedienbarkeit auf als bisher bekannte Systeme und führt somit auch zu einer verbesserten Produktqualität. Zudem weist es eine geringe Einbaugröße auf und ist ohne großen Aufwand auch auf bestehenden Anlagen nachrüstbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Walzenspaltverstellsystems mit einem Walzenspaltmesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt ein Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Vorderansicht.
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3 zeigt ein Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Seitenansicht.
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4 zeigt ein Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer zweiten Seitenansicht im Schnitt.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Walzenspaltverstellsystems mit einem Walzenspaltmesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 bis 4 zeigen das Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Ansichten. 4 zeigt den Schnitt B-B aus 2. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst eine Verstellspindel 100 mit einem Spindelelement 110 und einer das Spindelelement 110 radial umgebenden Spindelmutter 120. Die Spindelmutter 120 dient als Verstellelement, d. h. durch Drehung der Spindelmutter 120 wird das Spindelelement 110 aus der Spindelmutter 120 heraus- oder in die Spindelmutter 120 hineingeschraubt. An dem axialen Ende des Spindelelementes 110, welches aus der Spindel herausragt, ist ein Zapfen 112 angeordnet. Der Zapfen 112 ragt in einen nicht dargestellten Lagerkörper einer der beiden in ihrem Abstand zu verändernden Walzen. Stirnseitig der Spindelmutter 120 ist ein erstes Zahnrad 130 so drehfest angebracht, dass die Drehachse der Spindelmutter 120 und die Drehachse des ersten Zahnrades 130 identisch sind. Alternativ kann das erste Zahnrad auch als die Spindelmutter radial umgebender Zahnkranz ausgestaltet sein.
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Das Walzenspaltmesssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst außerdem einen Umdrehungsmesser, hier einen Drehwinkelgeber 140, an dessen Abnehmer ein zweites Zahnrad 132 so drehfest angeordnet ist, dass die Drehachse des Abnehmers und die Drehachse des zweiten Zahnrades 132 identisch sind. Das erste Zahnrad 130 und das zweite Zahnrad 132 liegen in einer Ebene und sind mit einem Zahnriemen 134 so verbunden, dass die Drehbewegung des ersten Zahnrades 130 auf das zweite Zahnrad 132 übertragen wird. Auf diese Weise rotieren die Spindelmutter 120, das erste Zahnrad 130, das zweite Zahnrad 132 und der Abnehmer des Drehwinkelgebers 140 mit der gleichen Drehzahl, so dass der Drehwinkelgeber 140 die Anzahl der Umdrehungen der Spindelmutter 120 messen kann.
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Die Verstellspindel 100 ist so zwischen den Walzen, deren Abstand zu verändern ist, angeordnet, dass der Zapfen 112 in den Lagerkörper der positionsfesten Walze ragt, während die gegenüberliegende Stirnseite der Verstellspindel 100 am Lagerkörper der positionsveränderlichen Walze anliegt. Damit keine drehenden Teile Kontakt zum Lagerkörper der positionsveränderlichen Walze haben, weist die Verstellspindel 100, insbesondere die Spindelmutter 120, einen nicht drehenden Schraubenkopf auf, der am Lagerkörper der Walze anliegt. Die Verstellspindel kann auch umgekehrt zwischen den Walzen angeordnet sein.
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1 zeigt darüber hinaus eine Verarbeitungseinheit 150, welche mit dem Drehwinkelgeber 140 verbunden ist. Der Drehwinkelgeber 140 übermittelt die gemessenen Umdrehungen an die Verarbeitungseinheit 150, welche anhand der gemessenen Umdrehungen den Hub der Spindelmutter 120 berechnet. Der Hub entspricht dem Weg, um den das Spindelelement 110 aus der Spindelmutter 120 herausgedreht wurde, und somit auch dem Walzenspalt, also dem Abstand zwischen den Walzen, ausgehend von einer Nullposition. Wenn man als Nullposition einen Walzenspalt von null annimmt (beispielsweise wenn das Spindelelement 110 vollständig in die Spindelmutter 120 eingeschraubt ist), entspricht der Hub dem Walzenspalt. Der Hub lässt sich aus der vom Drehwinkelgeber gemessenen Anzahl der Umdrehungen berechnen. Dazu sollten außerdem die Auflösung des Drehwinkelgebers pro Umdrehung, die Übersetzung des Zahnriementriebes sowie die Gewindesteigung der Spindelmutter bekannt sein. Wird beispielsweise ein Drehwinkelgeber mit 8192 Schritten pro Umdrehung verwendet, ein Zahnriemengetriebe mit einem Durchmesserverhältnis Abtrieb/Antrieb von 20/72 und eine Spindelmutter mit einer Gewindesteigung von 5 mm pro Umdrehung berechnet sich der Hub aus (5 mm/8192) × (20/72) mit etwa 0,1695 μm pro Schritt des Drehwinkelgebers. Ein Walzenspalt von 50 μm entspräche dann etwa 295 Schritten des Drehwinkelgebers.
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1 zeigt überdies eine Ausgabeeinheit 152 und eine Eingabeeinheit 154, welche mit der Verarbeitungseinheit 150 verbunden sind. Die Verarbeitungseinheit 150 übermittelt den berechneten Walzenspalt an die Ausgabeeinheit 152, welche den berechneten Walzenspalt ausgibt. Mittels der Eingabeeinheit 154 kann ein gewünschter Walzenspalt als Sollwert eingegeben werden. Die Verarbeitungseinheit 150 berechnet daraus die notwendige Anzahl Umdrehungen der Spindelmutter 120. Die Spindelmutter 120 wird mittels eines Verstellantriebes 122 zur Rotation angetrieben. Mittels einer Steuereinheit 124 werden der Verstellantrieb 122 und somit die Umdrehungen der Spindelmutter 120 gesteuert. Durch eine Rückkopplung von der Verarbeitungseinheit 150 und/oder dem Drehwinkelgeber 140 zum Verstellantrieb 122 der Spindelmutter 120 kann die Größe des Walzenspalts automatisch geregelt werden. Der Verstellantrieb dreht dann so lange, bis der Sollwert erreicht ist.
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In einer alternativen Ausführung können die Ausgabeeinheit und/oder die Eingabeeinheit auch in der Verarbeitungseinheit integriert sein. Ausgabeeinheit, Eingabeeinheit und/oder Verarbeitungseinheit können auch in der Steuereinheit des Verstellantriebes der Spindelmutter integriert sein. Als Eingabeeinheit kann beispielsweise das Bedienfeld der Steuereinheit dienen.
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Verarbeitungseinheit, Ausgabeeinheit und Eingabeeinheit sind optionale Elemente. In einer weiteren alternativen Ausführung können die Berechnung des Walzenspaltes bzw. der Anzahl der Umdrehungen sowie die Einstellung der Spindelmutter auch manuell oder teilweise manuell erfolgen, so dass auf die Verarbeitungseinheit, die Ausgabeeinheit und Eingabeeinheit oder einen Teil dieser Einheiten verzichtet werden kann.
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In noch einer alternativen Ausführung wird statt eines Drehwinkelgebers mit Zahnriemenverbindung zur Spindelmutter ein Hohlwellendrehwinkelgeber eingesetzt, welcher die Umdrehungszahl direkt, ohne Übersetzung von der Spindelmutter abnimmt. Die Verwendung eines Hohlwellendrehwinkelgebers hat den Vorteil einer noch genaueren Messung, da auf ein Getriebe verzichtet wird, hat jedoch auch einen höheren Platzbedarf, da der Hohlwellendrehwinkelgeber direkt an der Spindelmutter angebracht werden muss.
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Durch die Erfindung wird also im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich genauere und von äußeren Einflüssen, wie bspw. Temperaturschwankungen, nahezu unabhängige Walzenspaltmessung erreicht. Zudem kann die Erfindung platzsparend unter Nutzung vorhandener Leerräume in Glättwerken angeordnet und somit auch leicht nachgerüstet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verstellspindel
- 120
- Spindelelement
- 112
- Zapfen
- 120
- Spindelmutter
- 122
- Verstellantrieb
- 124
- Steuereinheit
- 130
- erstes Zahnrad
- 132
- zweites Zahnrad
- 134
- Zahnriemen
- 140
- Drehwinkelgeber
- 150
- Verarbeitungseinheit
- 152
- Ausgabeeinheit
- 154
- Eingabeeinheit
