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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung eines Sensors an einem Rotationskörper sowie
einen Rotationskörper
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. 20.
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Durch
die
DE 199 30 600
A1 ist es bekannt, den Liniendruck zwischen zwei aneinander
angestellter Walzen durch einen Drucksensor zu ermitteln, welcher
beispielsweise entweder unmittelbar an der Oberfläche der
Walze oder an der Außenfläche der Walze
unter dem Aufzug angeordnet, oder aber in den Walzenmantel eingebettet
ist.
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Die
DD 233 653 A1 offenbart
eine Anordnung und ein Verfahren zur Messung von Zustellkräften zwischen
Zylindern, wobei ein als Elektretfolie ausgeführter folienförmiger,
polymerer Sensor unter dem Aufzug eines Aufzuges angeordnet ist.
Dessen Signale werden einer Anzeige- und Registriervorrichtung zugeführt.
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In
der
DE 25 28 027 A1 wirken
stirnseitig mit Ballen verbundene Schmitzringe zweier aufeinander abrollender
Zylinder zusammen. Eine relative Lage der Schmitzringe ist über einen
elektrischen Meßkreis
ermittelbar.
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Die
EP 0 943 433 A1 offenbart
einen Zylinder mit einer Nut zwischen seinem Ballen und einem stirnseitig
angeordneten Schmitzring.
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Die
DE 40 35 054 C2 offenbart
eine an eine Wickelrolle anstellbare Trag- Stütz- oder Belastungswalze, welche
in einem radialen Außenbereich schraubenförmig umlaufende
Nuten für
den Durchfluss von Kühlmittel
aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines Sensors
an einem Rotationskörper
sowie einen Rotationskörper
zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 20 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass ein Anstelldruck bzw. dynamische Veränderungen in dem selben an einer
Nippstelle über
den Umfang im wesentlichen durchgängig, oder zumindest in weiten
Umfangsbereichen, während
dem Abrollen des Umfangs möglich
ist. Dies wird durch Messen eines Druckes in einem den Umfang (bzw.
einen Teil des Umfangs) umspannenden Fluids erreicht. Das Fluid
ist in bevorzugter Weise als inkompressibles Fluid ausgeführt um Korrekturen
im resultierenden Druck über
ansonsten vorliegende Abhängigkeiten
zwischen Volumen und Druck zu vermeiden.
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Von
Vorteil ist hierbei auch, dass lediglich ein drucksensitiver Sensor
mit entsprechender Versorgung und Signalübertragung je Sensoranordnung,
z. B. ein Sensor pro im wesentlichen um den vollen Umfang sich erstreckender
Sensoranordnung, erforderlich ist, obgleich eine Überwachung
des Abrollens auf im wesentlichen dem vollen Umfang erfolgt.
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Ein
das Fluid aufnehmender Körper
ist vorzugsweise aus einem Material ausgeführt, welches im zu betrachtenden
Druckbereich ein nichtelastisches Verhalten zeigt. Weiter ist der
Körper
derart anzuordnen bzw. zu fixieren, dass eine infinitesimale Deformation
im Bereich der Krafteinwirkung nicht oder zumindest nicht wesentlich
zu einer Querschnittsänderung
bzw. einem Ausweichen an anderer Stelle führt. So ist gewährleistet,
dass die an der Nippstelle in den Körper eingeleitete Kraft als
Druck an das Fluid weitergegeben wird, gemessen wird und der Auswertung
zugänglich
ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung wird eine Verschmutzung oder Beschädigung durch
eine Abdeckung vermieden. Diese kann auch gleichzeitig als Lauffläche und/oder
zur Gewährleistung
einer ausreichenden Abstützung
des Körpers
ausgeführt
sein.
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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 ein zusammen wirkendes
Walzenpaar;
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2 ein vergrößerter Schnitt
durch eine Walze mit Sensoranordnung;
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3 ein vergrößert dargestellter
Schnitt A-A eines ersten Ausführungsbeispiels
gemäß 2;
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4 ein Schnitt eines zweiten
Ausführungsbeispiels;
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5 ein Schnitt eines dritten
Ausführungsbeispiels;
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6 eine Walze mit möglichen
Lagen für die
Sensoranordnung.
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Eine
Arbeitsmaschine, z. B. eine Druckmaschine, insbesondere eine Rotationsdruckmaschine, weist
mindestens zwei Rotationskörper 01; 02,
z. B. Zylinder 01; 02 oder Walzen 01; 02,
auf, welche miteinander in einer Anstellage im Bereich einer jeweiligen
wirksamen Außenfläche 03; 04 aneinander
angestellt sind und eine Nippstelle 06 bilden. Die Nippstelle 06 kann
z. B. eine Bearbeitungsstelle für
eine Oberfläche
eines bahnförmigen
Materials, z. B. eine Druckstelle 06, darstellen (1).
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In
Anstellage sind die Rotationskörper 01; 02 mit
einem definierten Druck bzw. einer definierten Kraft aneinander
anzustellen um eine störungsfreie Funktion,
z. B. einen gewünschten
und gleichmäßigen Farbübertrag,
zu gewährleisten.
Die Anstellung mit einer definierten Anstellkraft (bzw. Anstelldruck) muß zum einen
während
des Anstellens entsprechend vorgenommen werden und zum anderen während des
Betriebs stabil bleiben.
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Veränderungen
im Anstelldruck während
des Betriebes können
von sich langsam verändernden Bedingungen
(Abnutzung, thermische Einflüsse
etc.) aber auch von Schwingungen einer oder beider Walzen 01; 02 herrühren.
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Zumindest
eine der Walzen 01; 02 weist wenigstens eine Sensoranordnung 07 auf,
durch welche beim Anstellen der Anstelldruck (bzw. die Anstellkraft oder
eine äquivalente
Größe) und/oder
während
des Betriebes die langwelligen oder kurzwelligen Veränderungen
im Anstelldruck in radialer Richtung ermittelbar sind.
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Die
Sensoranordnung 07 weist wenigstens einen drucksensitiven
Sensor 08 und eine mit dem Sensor 08 in Wirkverbindung
stehende Druckmittelsäule 09 auf
(2). Die Druckmittelsäule 09 ist
um den vollen oder einen Teil des Umfangs der Walze 01 auf
deren Mantelfläche 03 bzw.
in einem der Mantelfläche 03 nahen
Bereich derart geführt,
dass je nach Anstellage bzw. resultierendem Anstelldruck zwischen
den Walzen 01; 02 ein Druck direkt oder indirekt
auf die Druckmittelsäule 09 ausgeübt wird,
welcher durch den Sensor 08 meßbar ist.
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Die
Druckmittelsäule 09 ist
beispielsweise als Fluid 09, insbesondere als im relevanten
Druckbereich inkompressibles Fluid 09, ausgeführt, welches
von einem einen Hohlraum bildenden oder abtrennenden Körper 11,
z. B. einem Hohlkörper 11,
einem Kanal 11, einem Schlauch 11 oder einer Leitung 11,
umschlossen ist. Der Körper 11 ist
mit dem Fluid 09 vorzugsweise vollständig gefüllt und weist an mindestens
einem Ende eine Verbindung zum Sensor 08 auf (2). Diese Verbindung kann
in einer den Druck aufnehmenden Membran oder anderen geeigneten
Mitteln bestehen.
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Der
Körper 11 mit
dem Fluid 09 ist im Bereich der Mantelfläche 03 derart
angeordnet, dass eine radial nach außen gerichtete Fläche 12,
z. B. Wirkfläche 12 des
Körpers 11 oder
aber eine radial nach außen
gerichtete Fläche 13,
z. B. Wirkfläche 13,
eines mit dem Körper 11 in
Wirkverbindung stehenden Übertragungs-
und/oder Abdeckelementes 14 im wesentlichen mit einer Mantelfläche 16 des
Grundkörpers
der Walze 01 fluchten (3, 6, I, II). Dies ist zum
einen der Fall, wenn diese Mantelfläche 16 zusammen mit
der Wirkfläche 12 oder 13 gleichzeitig als
Oberfläche 03 mit
der anderen Walze 02 zusammen wirkt (strichliert angedeutet
für 6, II). Zum anderen ist
dies der Fall, wenn die Sensoranordnung 07 im Bereich eines
Ballen der Walze 01 angeordnet, und gemeinsam mit einem
Teil der benachbarten Mantelfläche 16 von
einem Aufzug 20 überdeckt
ist (strichliert angedeutet für 6, I).
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Ist
jedoch die Sensoranordnung 07 nicht unter, sondern in axialer
Richtung neben einem auf der Walze 01 angeordneten Aufzug 20 angeordnet,
so fluchtet die Fläche 12 bzw. 13 im
wesentlichen mit der durch den Aufzug 20 definierten Oberfläche 03 (beispielhaft
in 3 und für 6, III strichliert angedeutet).
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Des
weiteren ist der Körper 11 aus
einem Material mit im relevanten Druckbereich unelastischem Verhalten
ausgeführt
und/oder zumindest so angeordnet, dass eine infinitesimale Deformation
im Bereich der Krafteinwirkung nicht oder zumindest nicht wesentlich
zu einer Querschnittsänderung
bzw. einem Ausweichen an anderer Stelle führt. Im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist der Körper 11 hierfür aus einem
unelastischem Schlauch 11 ausgeführt, welcher z. B. in einer
Vertiefung 17 innerhalb einer in der Mantelfläche 03 der
Walze 01 umlaufenden Ausnehmung 18, z. B. einer
Nut 18, angeordnet ist. Ebenfalls in der Nut 18 und
im Kontakt mit dem Schlauch 11 stehend ist das als Ring 14 ausgeführte Übertragungs-
und/oder Abdeckelement 14 angeordnet. Dieses weist z. B.
auf einer dem Schlauch 11 zugewandten Seite eine umlaufende
Vertiefung 19 zur Aufnahme eines Segmentes des Schlauchquerschnitts
auf.
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Die
Ausbildung der den Querschnitt des Schlauch 11 zu einem
Großteil
aufnehmenden Vertiefungen 17; 19 gewährleisten
die o. g. Formstabilität des
Schlauches 11. Vorteilhaft ist ein nicht durch Wandungen
der Vertiefungen 17; 19 gestützter Umfangsbereich des Schlauchs 11 möglichst
klein zu halten. Idealer Weise entspricht im unbelasteten Zustand
eine Höhe
h dieses ungestützten
Bereichs in radialer Richtung betrachtet gerade dem maximalen zu
erwartenden Hub des Übertragungselementes 14.
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Die
Nut 18 kann ringförmig
um den gesamten Umfang der Walze 01 laufend ausgeführt sein. Sie
kann z. B. wie in 2 dargestellt
einen endlichen Körper 11 aufnehmen,
wobei mindestens eines der Enden des dann offenen Kreisrings mit
dem ebenfalls in der Nut 18 angeordneten Sensor 08 verbunden
ist. Die Enden eines z. B. ebenfalls als offener Kreisring ausgeführten Übertragungselementes 14 können nach
Montage beispielsweise durch Verschraubung, Verriegelung, Schnappverschluß, Klemmverschluß, Schweißen oder
Kleben form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
Sie können
jedoch auch in eine in der Walze 01 angeordneten, nicht
dargestellten Spann- oder Klemmvorichtung in der Art wie sie für die Befestigung
von Aufzügen
Verwendung finden befestigt sein. Von Vorteil für das Abrollverhalten ist es
jedoch, wenn zumindest nach Montage eine ringförmige, durchgehende Wirkfläche 13 ohne
Unterbrechungen geschaffen ist.
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Ebenso
kann in einer nicht dargestellten Ausführung der Körper 11 und das Fluid 09 als
geschlossener Kreisring ausgeführt
sein. In diesem Fall kann der Sensor 08 in einer sich radial
(nach innen) oder axial an die Nut 18 anschließenden Ausnehmung
angeordnet sein und mit dem Fluid 09 z. B. über ein
Leitungsstück
in Verbindung stehen.
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In
einer in 4 dargestellten
vereinfachten Ausführungsform
kann das Übertragungselement 14 aus 3 entfallen. Der Schlauch 11 ist
formstabil, z. B. verstärkt,
ausgeführt
und in der Nut 18 durch eine zunächst fließfähige und nachfolgend sich verfestigende
Masse 23, z. B. Gummi oder einem Kleber, insbesondere einem
Mehrkomponentenkleber, gehalten und gestützt. Zusätzlich kann falls zur Ausrichtung
erforderlich die Vertiefung 17 angeordnet sein. Der Schlauch 11 ist
zumindest im Bereich seiner Fläche 12 aus
einem robusten, verschleißfesten
Material ausgeführt
und/oder ggf. beschichtet.
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In
einer lediglich schematisch in 5 dargestellten
Ausführung
weisen Kanal 18 und Körper 11 die
selbe Geometrie, z. B. rechteckförmiges
Profil, und derartige Maße
auf, dass der Körper 11 auf
nahezu seiner gesamten Höhe
in radialer Richtung sowie auf der der Fläche 12 entgegengerichteten
Seite vollflächig
gestützt
wird. Er ist beispielsweise als aus Kunststoff ausgebildeter Kanal 11 ausgeführt.
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In
Abwandlung kann der Kanal 11 auch allein durch Wandungen
der Nut 18; 22 (22 siehe 6) und einer nicht dargestellten Abdeckung
der Nut 18; 22 nach außen, z. B. in der Art einer
Membran, ausgeführt
sein. Der Begriff Hohlkörper 11 ist
in diesem Fall dem Begriff Hohlraum gleichzusetzen.
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Die
als Vertiefungen 17; 19 oder als den Hohlkörper 11 einbettende
Masse 23 ausgebildeten Mitteln 17; 19; 23 zur
Abstützung
des Hohlkörpers 11 oder
die formkomplementäre
Ausbildung von Hohlkörper 11 und
Nut 18 bzw. 22 tragen zur sicheren und reproduzierbaren
Messung bei.
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In 6 sind mehrere Möglichkeiten
für die mögliche Lage
der Sensoreinrichtung 07 gegeben, wovon eine einzelne oder
mehrere Lagen gleichzeitig auf der Walze 01 realisiert
sein können.
Die Walze 01; 02 weist jedoch in axialer Richtung
zumindest eine derart ausgebildete Sensoranordnung 07,
z. B. im Bereich einer halben Länge
der Walze 01; 02, auf (siehe 6, I). Ist jedoch die Gefahr ausgeprägter Schwingungen
mit im Bereich der halben Länge
liegendem Schwingungsknoten gegeben, so kann die Sensoranordnung 07 auch
versetzt zur Mitte (oder gar im Randbereich) am Ballen der Walze 01 angeordnet
sein (siehe 6, II).
Insbesondere für
auf Schmitzringen 21 ablaufenden Walzen 01 kann
eine Ausführung
von Vorteil sein, wobei die Sensoranordnung 07 in einer
umlaufenden Nut 22 zwischen Ballen und Schmitzring 21 untergebracht
ist (siehe 6, III).
Die zusammen wirkende Walze 02 weist in diesem Fall im
gegenüberliegenden
Bereich eine strichliert dargestellte Gegenfläche 24, z. B. eine nach
Außen
gezogene Oberfläche 04 oder
einen Ring in einer Nut zwischen dessen Schmitzring und Ballen,
auf. Letztere Ausführung
ist besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn bestehende, einen Schmitzring 21 aufweisende
Walzen 01; 02 mit der Sensoreinrichtung 07 nachgerüstet werden
sollen.
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Nicht
dargestellte Elemente zur Weiterleitung des Signals aus dem Sensor 07,
z. B. eine elektrische Leitung, kann in vorteilhafter Ausführung im Walzeninneren
verlegt sein und dort bis an ein stirnseitiges Ende der Walze 01; 02 geführt werden.
Von dort kann die Übertragung
z. B. über
einen Schleifkontakt oder aber berührungslos über optische, induktive oder
andere elektromagnetische Signale erfolgen.
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Die
Signale können
nun sowohl während
des Anstellens zur Einstellung des gewünschten Anpressdruckes aber
auch zur Erfassung von Schwingungen während des Betriebes genutzt
werde. Hierfür
werden die Signale einer entsprechenden Auswerteeinheit bzw. Regelung
oder Steuerung zugeführt,
in welcher im Fall von unzulässigen
Drücken oder
Schwingungsamplituden Gegenmaßnahmen eingeleitet
werden können.
Entsprechende Signale zur An- oder Abstellung bzw. zur Einleitung
von Gegenschwingungen oder Impulsen können dafür vorgesehenen Stellmitteln,
z. B. elektrischen, hydraulischen, magnetischen oder anders gearteten
Aktuatoren, zugeführt
werden. Diese Aktuatoren greifen dann beispielsweise an Lagern,
an Zapfen oder am Ballen selbst an und nehmen Einfluß auf die
Lage der Walze 01; 02 bzw. deren Lager oder die
Biegelinie.
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Eine
oder mehrere der Sensoranordnung 07 kann bzw. können an
einer von zwei paarweise zusammen wirkenden Walzen 01; 02,
oder an beiden Walzen 01; 02 (jedoch axial versetzt
zueinander) angeordnet sein. Die beiden zusammen wirkenden Walzen 01; 02 können Formzylinder
und Übertragungszylinder,
oder Formzylinder und mit diesem direkt zusammen wirkender Gegendruckzylinder,
oder Übertragungszylinder
und mit diesem zusammen wirkender Gegendruckzylinder sein. Es können aber auch
andere zusammen wirkende Walzen 01; 02 im Rahmen
des Bahntransportes, eines Farbwerkes oder eines Feuchtwerkes sein.
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- 01
- Rotationskörper, Zylinder,
Walze
- 02
- Rotationskörper, Zylinder,
Walze
- 03
- Außenfläche, wirksame;
Mantelfläche;
Oberfläche
- 04
- Außenfläche, wirksame;
Mantelfläche;
Oberfläche
- 05
-
- 06
- Nippstelle,
Druckstelle
- 07
- Sensoranordnung
- 08
- Sensor
- 09
- Druckmittelsäule, Fluid
- 10
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- 11
- Körper, Hohlkörper, Kanal,
Schlauch, Leitung
- 12
- Fläche, Wirkfläche
- 13
- Fläche, Wirkfläche
- 14
- Übertragungselement,
Abdeckelement, Ring
- 15
-
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Vertiefung
- 18
- Ausnehmung,
Nut, Kanal
- 19
- Vertiefung
- 20
- Aufzug
- 21
- Schmitzring
- 22
- Ausnehmung,
Nut
- 23
- Masse
- 24
- Gegenfläche, Außenfläche
- h
- Höhe