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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn,
insbesondere Papier- oder Kartonbahn, auf einen Tambour, der in
einer Primärwickelphase
durch Primärhebel
geführt
ist und anschließend
von den Primärhebeln
an Sekundärhebel übergeben
wird, um in einer Sekundärwickelphase
weiter bewickelt zu werden, wobei die Materialbahn über eine
Tragtrommel geführt
wird, zwischen dem Tambour bzw. dem darauf zu bildenden Wickel und
der Tragtrommel ein Wickelspalt gebildet ist und der Tambour zur
Erzeugung einer Linienkraft in dem Wickelspalt über einen den Primärhebeln
zugeordneten Tambourhalter oder dergleichen bzw. über die Sekundärhebel an
die Tragtrommel anpressbar ist. Aufwickelvorrichtungen dieser Art
sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 101 39 340 A1 ,
DE 35 39 980 C2 und
US 3 614 011 bekannt.
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Bei
derartigen Aufwickelvorrichtungen und insbesondere bei so genannten
Horizontalrollern ist darauf zu achten, dass die in der Primärwickelphase entstehende
Kernwicklung beim Übergang
in die Sekundärwickelphase
nicht durch zu hohe Anpressdrücke
beschädigt
wird. Der Übergang
soll möglichst
zügig erfolgen.
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In
der Phase der ersten Berührung
des neu gewickelten Tambours durch die Sekundärhebel oder -arme ist es bisher
wiederholt zu Problemen hinsichtlich eines leichten bis starken Überschwingens
der Linienkraft gekommen. In den Primärhebeln oder -armen drückt ein
Tambourhalter, Belastungshebel oder dergleichen auf den Tambour
und presst diesen auf die Tragtrommel. Sobald die Sekundärhebel zur Lastübernahme
ebenfalls auf den neu gewickelten Tambour drücken, addieren sich die beiden
Kräfte. Bisher
wird diese Addition der Kräfte
durch Druckregelventile, die üblicherweise über eine
Speicherprogrammierte Steuerung (SPS) bzw. ein Prozessleitsystem
(PLS) angesteuert werden, geregelt. Das Problem dabei ist, dass
die Reaktionszeit der elektrischen und hydraulischen Steuerungssysteme
insgesamt zu langsam ist, um dieses Überschwingen der Linienkraft
zu vermeiden.
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1 zeigt in schematischer
Teildarstellung eine herkömmliche
Aufwickelvorrichtung 10, bei der die Sekundärhebel 12 durch
einen jeweiligen Hydraulikzylinder 14 beaufschlagbar sind,
der mittels einer Steuereinrichtung 16 über ein Stellglied 18 ansteuerbar
ist, das als Proportionalwegeventil oder Regelventil ausgeführt ist.
Vereinfacht kann ein solches Stellglied 18 als elektrisch
verstellbare Drossel dargestellt werden. Der im Hydraulikzylinder 14 tatsächlich vorherrschende
Druck wird über
einen Druckaufnehmer 20 erfasst und der Steuereinrichtung 16 zugeführt. In
dieser übergeordneten
Steuereinrichtung 16 wird der erhaltene Druck-Istwert vom Druckaufnehmer 20 mit
einem der Steuereinrichtung 16 zugeführten externen Sollwert verglichen,
woraufhin die Steuereinrichtung 16 ein entsprechendes Stellsignal
für das
als Proportionalwegeventil oder Regelventil ausgeführte Stellglied 18 berechnet
und ausgibt.
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In
der 1 ist überdies
auch der Tambour 22 der betreffenden Aufwickelvorrichtung 10 zu
erkennen.
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Bei
dieser herkömmlichen
Aufwickelvorrichtung 10 kommt es durch den Umweg über die
Steuereinrichtung 16 und die damit einhergehenden Verzögerungen
beim Anlegen der Sekundärhebel 12 an den
neu gewickelten Tambour 22 zu einer Druckspitze 24 (vgl. 2) im Hydraulikzylinder, da
mit dem Anlegen der Druck sehr schnell ansteigt und die Steuerung
erst dann eingreifen kann, wenn der Ist-Druck über den Sollwert angestiegen
ist.
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In
der 2 ist ein entsprechender
zeitlicher Druckverlauf p(t) wiedergegeben, der sich durch Messungen
an laufenden herkömmlichen
Anlagen ergeben hat und die Druckspitze 24 zeigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Aufwickelvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Gefahr eines Auftretens
von zu hohen Linienkräften
beim Übergang
von der Primärwickelphase
zur Sekundärwickelphase
verringert oder beseitigt ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbaren Sekundärhebel zumindest
in der Phase, in der sie an den neu bewickelten Tambour angelegt
werden, über
wenigstens ein zwischen der Steuereinrichtung und den Sekundärhebeln
vorgesehenes Kraft- oder Druckbegrenzungselement ansteuerbar sind.
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Die
Kraft- bzw. Druckbegrenzung erfolgt also in einem gesonderten Begrenzungselement,
das zwischen der Steuereinrichtung und den Sekundärhebeln
vorgesehen sein kann und eine entsprechend kürzere Reaktionszeit mit sich
bringt. Die Sekundärhebel
können
also ohne die Gefahr eines größeren Linienkraft-Überschwingens
praktisch ungebremst an den neu gewickelten Tambour angelegt werden. Es
ist kein aufwändiges,
langsames Herantasten an den Übergabepunkt
mehr erforderlich. Die Inbetriebnahme, Übergabe und mögliche Fehlersuche
ist deutlich vereinfacht, wobei insbesondere auch Zeit eingespart
wird.
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Das
Kraft- bzw. Druckbegrenzungselement umfasst vorzugsweise ein Druckbegrenzungsventil. Der
Vorteil eines solchen Druckbegrenzungsventils gegenüber einem
den Durchfluss beeinflussenden Ventil wie zum Beispiel einem Proportionalwegeventil besteht
wieder darin, dass die eigentliche Druckregelung bzw. Begrenzung
unmittelbar im Ventil selbst erfolgt und dementsprechend kurze Reaktionszeiten erzielt
werden.
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Das
Kraft- bzw. Druckbegrenzungsventil kann insbesondere ein direkt
gesteuertes Druckbegrenzungsventil umfassen, bei dem der Dichtkegel bei
Erreichen des Einstell- oder Ansprechdrucks entgegen einer Federkraft
vom Sitz abhebt. Dabei kann die Federvorspannung beispielsweise
mechanisch und/oder elektrisch erzeugt sein.
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Bei
einer zweckmäßigen praktischen
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung
ist das Kraft- bzw. Druckbegrenzungselement als Stellglied für wenigstens
einen die Sekundärhebel
beaufschlagenden hydraulischen oder pneumatischen Zylinder vorgesehen.
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Die
Steuereinrichtung kann in der Anlegephase inaktiv sein bzw. eine
konstante Stellgröße an das
Kraft- bzw. Druckbegrenzungselement liefern. Dabei ist die Stellgröße bevorzugt
so gewählt,
dass die Einstellkraft- bzw. der Einstelldruck knapp über der
Kraft bzw. dem Druck liegt die bzw. der für das Verfahren der Sekundärhebel erforderlich
ist.
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Nach
der Anlegephase kann mittels der Steuereinrichtung dann die Linien-
bzw. Anpresskraft wieder beispielsweise entsprechend externer Sollwerte
gesteuert oder geregelt werden.
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Das
Kraft- bzw. Druckbegrenzungselement kann bezüglich der Einstellkraft bzw.
des Einstelldrucks variabel einstellbar sein. Dabei kann dieses Kraft-
bzw. Druckbegrenzungselement beispielsweise manuell, elektrisch
und/oder elektronisch einstellbar sein.
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Ein
Abschalten des Druckbegrenzungsventils nach der Anlegephase ist
zwar möglich,
aber nicht sinnvoll.
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Auch
nach dem Anlegen im normalen Wickelbetrieb wird das Druckbegrenzungsventil
zweckmäßigerweise
als Stellglied verwendet. Dann allerdings nicht mehr mit konstantem
Sollwert, sondern im klassischen Druckregelkreis mit Sollwertvorgabe
entsprechend der gewählten
Linienkraft und Druckistwertrückmeldung über Druckaufnehmer.
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Von
Vorteil ist insbesondere auch, wenn mittels der Steuereinrichtung
die zum Verfahren der Sekundärhebel
jeweils minimal erforderliche Kraft bzw. Druck insbesondere anhand
von ermittelten Istwerten der Kraft bzw. des Drucks und anhand von
ermittelten Winkelveränderungen
der Sekundärhebel
pro Zeiteinheit vorgebbar ist.
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Zweckmäßigerweise
ist auf beiden Seiten der Materialbahn jeweils wenigstens ein insbesondere
elektronisch verstellbares Kraft- bzw. Druckbegrenzungselement vorgesehen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 eine schematische Teildarstellung
einer herkömmlichen
Aufwickelvorrichtung,
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2 der sich in den Hydraulikzylindern
der Aufwickelvorrichtung gemäß 1 in der Anlegephase ergebende
zeitliche Druckverlauf,
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3 eine schematische Teildarstellung
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung
und
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4 der sich in den Hydraulikzylindern
der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung
gemäß 3 in der Anlegephase ergebende
zeitliche Druckverlauf.
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3 zeigt in schematischer
Teildarstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 26 zum
Aufwickeln einer Materialbahn auf einen Tambour 28. Bei
der Materialbahn kann es sich insbesondere um eine Papier- oder
Kartonbahn handeln.
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Der
in einer Primärwickelphase
durch Primärhebel
geführte
Tambour 28 wird anschließend von den Primärhebeln
an Sekundärhebel 30 übergeben,
um in einer Sekundärwickelphase
weiter gewickelt zu werden.
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Dabei
wird die Materialbahn über
eine Tragtrommel (nicht gezeigt) geführt, die mit dem Tambour 28 bzw.
dem darauf zu bildenden Wickel 32 einen Wickelspalt bildet.
Zur Erzeugung einer Linienkraft in diesem Wickelspalt ist der Tambour 28 über einen den
Primärhebeln
zugeordneten Tambourhalter, Belastungshebel oder dergleichen bzw. über die
Sekundärhebel 30 an
die Tragtrommel anpressbar.
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Die
um eine Achse 34 schwenkbar gelagerten Sekundärhebel 30 werden
beispielsweise über Hydraulikzylinder 36 betätigt bzw.
verschwenkt.
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Die
mittels einer Steuereinrichtung 38 ansteuerbaren Sekundärhebel 30 bzw.
Hydraulikzylinder 36 sind zumindest in der Phase, in der
sie an den neu gewickelten Tambour 28 angelegt werden, über wenigstens
ein zwischen die Steuereinrichtung 38 und die Sekundärhebel 30 bzw.
Hydraulikzylinder 36 schaltbares Kraft- oder Druckbegrenzungselement ansteuerbar,
das im vorliegenden Fall beispielsweise durch ein Druckbegrenzungsventil 40 gebildet
ist.
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Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ein direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil 40 vorgesehen,
bei dem der Dichtkegel 42 bei Erreichen des Einstell- oder
Ansprechdrucks entgegen der Kraft wenigstens einer Feder 44 vom
Sitz 46 abhebt. Die Federvorspannung kann beispielsweise
mechanisch und/oder elektrisch erzeugt sein.
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Das
Druckbegrenzungsventil 40 dient hier also als Stellglied
für wenigstens
einen die Sekundärhebel 30 beaufschlagenden
Hydraulikzylinder 36. Über
einen Druckaufnehmer 48 wird der tatsächliche Druck im Hydraulikzylinder 36 erfasst
und an die Steuereinrichtung 38 weitergegeben.
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Die übergeordnete
Steuereinrichtung 38 vergleicht den vom Druckaufnehmer 48 erhaltenen Druck-Istwert
mit einem externen, das heißt
von außen
vorgegebenen Sollwert, um ein entsprechendes Stellsignal für das Druckbegrenzungsventil 40 zu
berechnen und auszugeben.
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Im
vorliegenden Fall ist die Steuereinrichtung 38 in der Anlegephase
vorzugsweise inaktiv, das heißt
sie kann in dieser Anlegephase insbesondere eine konstante Stellgröße an das
Druckbegrenzungsventil 40 liefern. Dabei kann die Stellgröße insbesondere
so gewählt
sein, dass der Einstell- oder Ansprechdruck
knapp über
dem Druck p1 (vgl. 4) liegt, der für das Verfahren der Sekundärhebel 30 erforderlich
ist.
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Der
den Begrenzungsdruck bildende Einstell- oder Ansprechdruck ist in
der 4 mit "p2" bezeichnet.
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Nach
der Anlegephase kann die Linien- bzw. Anpresskraft mittels der Steuereinrichtung 38 beispielsweise
entsprechend der externen Sollwerte gesteuert oder geregelt werden.
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Ein
Abschalten des Druckbegrenzungsventils nach der Anlegephase ist
zwar möglich,
aber nicht sinnvoll.
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Auch
nach dem Anlegen im normalen Wickelbetrieb wird das Druckbegrenzungsventil
zweckmäßigerweise
als Stellglied verwendet. Dann allerdings nicht mehr mit konstantem
Sollwert, sondern im klassischen Druckregelkreis mit Sollwertvorgabe
entsprechend der gewählten
Linienkraft und Druckistwertrückmeldung über Druckaufnehmer.
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Mittels
der Steuereinrichtung 38 kann der zum Verfahren der Sekundärhebel 30 jeweils
minimal erforderliche Druck insbesondere anhand von ermittelten
Druck-Istwerten und anhand von ermittelten Winkelveränderungen
der schwenkbaren Sekundärhebel 38 pro
Zeiteinheit vorgegeben werden.
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Es
kann beispielsweise auf der Führerseite und
der Triebseite jeweils ein Sekundärhebel 30 mit jeweils
zugeordnetem Hydraulikzylinder 36 und Druckbegrenzungsventil 40 vorgesehen
sein.
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Das
direkt gesteuerte Druckbegrenzungsventil 40 in Sitzbauweise
dient, wie bereits erwähnt, als
Stellglied für
einen jeweiligen zugeordneten Hydraulikzylinder 36. Es
arbeitet als Kraftvergleicher. So wird die durch den Hydraulikdruck
ausgeübte Kraft
(Istwert) mit der Federkraft, das Hydraulikdruck ausgeübte Kraft
(Istwert) mit der Federkraft, das heißt der Kraft der wenigstens
einen Feder 44 verglichen. Die betreffende Federkraft ergibt
sich aus der mechanisch oder elektrisch erzeugten Federvorspannung
(Sollwert). Überschreitet
die hydraulische Kraft die Federkraft, so hebt der Dichtkegel 42 vom Sitz 46 ab,
wodurch der Hydraulikzylinder 36 zum Tank 50 hin
entlastet wird.
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Wesentlich
ist, dass die Regelung bzw. Begrenzung des Hydraulikdrucks im Druckbegrenzungsventil 40 selbst
stattfindet und somit sehr kurze Ansprechzeiten erzielt werden,
die nur von der Trägheit
des Feder/Masse-Systems
im Ventil bestimmt werden. Die übergeordnete
Steuereinrichtung ist während
der gesamten Anlegephase inaktiv, die ausgegebene Stellgröße ist also
konstant. Sie wird bevorzugt so gewählt, dass der Einstell- oder
Ansprechdruck p2 knapp über dem Druck p1 liegt,
der für
das Verfahren der Sekundärarme 30 erforderlich
ist (vgl. 4).
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Nach
dem Anlegen der Sekundärhebel 30 übernimmt
dann wie bisher wieder die übergeordnete Steuereinrichtung 38 die
Regelung, wobei der Druck auf den neuen Sollwert z.B. entsprechend
der Linienkraftvorgabe durch den Bediener eingeregelt wird.
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Der
zu erwartende Druckverlauf wurde in Prüfstandsversuchen ermittelt
und ist in dem Diagramm gemäß der 4 wiedergegeben, woraus
zu erkennen ist, dass das Überschwingen
des Drucks und entsprechend der Linienkraft beim Übergang
von der Primärwickelphase
in die Sekundärwickelphase eliminiert
oder zumindest auf ein Minimum reduziert ist.
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In
der Anlegephase wird die zur Verfügung stehende Kraft, hier speziell
der Öldruck,
also auf einen Wert begrenzt, der gerade für ein Bewegen bzw. Verschwenken
der Sekundärhebel 30 ausreicht,
jedoch nur so groß ist,
dass höhere
Linienkräfte
vermieden werden.
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Dies
kann beispielsweise durch ein von Hand einstellbares Druckbegrenzungsventil 40 erreicht
werden, das nur während
der Bewegungsphase der Sekundärhebel 30 zugeschaltet
ist.
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Wie
bereits erwähnt,
besteht der Vorteil eines Druckbegrenzungsventils gegenüber einem
den Durchfluss beeinflussenden Ventil wie insbesondere Proportionalwegeventil
darin, dass die eigentliche Druckregelung bzw. -begrenzung über eine
im Druckbegrenzungsventil vorgesehene, hydraulisch oder elektrisch
vorgespannte Feder unmittelbar im Ventil selbst erfolgt, womit die
für die
klassische Regelung auf der Basis einer Istwert-Messung, Istwert-Erfassung in der Speicherprogrammierten
Steuerung (SPS), einer Reaktion des Reglerbausteins in der Speicherprogrammierten
Steuerung, einer Ausgabe eines Sollwertes an das Stellglied (Ventil)
und einer Reaktion des Ventils typische relativ lange Reaktionszeit
entfällt.
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Es
sind beispielsweise solche Ausführungen denkbar,
bei denen pro Seite jeweils ein elektronisch verstellbares Druckbegrenzungsventil
verwendet wird.
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Neben
der elektronischen Einstellbarkeit besteht hier zudem die Möglichkeit,
während
der Bewegung der Sekundärhebel
den minimal notwendigen Druck für
ein Aufrechterhalten der Sekundärhebelbewegung
durch eine entsprechende Programmierung insbesondere in der Steuereinrichtung 38 mittels Ist-Druck
und Winkelveränderung
pro Zeiteinheit zu ermitteln und somit zu optimieren.
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Sobald
die Sekundärhebelbewegung
beendet ist, werden die Sekundärhebel 30 auf "Belasten" geschaltet, woraufhin
jetzt die Sekundärhebel 30 geregelt
und über
eine Zeitrampe die Last von den Primärhebeln übernehmen.
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Es
kann beispielsweise auf jeder Seite jeweils ein Sekundärhebel 30 vorgesehen
sein.
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Die
Sekundärhebel 30 können jetzt
ohne die Gefahr eines größeren Linienkraft-Überschwingens praktisch
ungebremst an den neu gewickelten Tambour 28 angelegt werden.
Es ist kein aufwändiges, langsames
Herantasten an den Übergabepunkt
mehr erforderlich. Die Inbetriebnahme ist wesentlich einfacher,
wobei insbesondere auch Zeit eingespart wird. Das Umschalten auf
die Linienkraft-Regelung durch die Sekundärhebel 30 erfolgt
zweckmäßigerweise erst
dann, wenn stabile Verhältnisse
vorliegen, das heißt
die Sekundärhebelbewegung
abgeschlossen ist. Im Ergebnis erhält man eine bessere Qualität des auf
den Primärhebeln
gewickelten Papiers.
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- 10
- Aufwickelvorrichtung
- 12
- Sekundärhebel
- 14
- Hydraulikzylinder
- 16
- Steuereinrichtung
- 18
- Stellglied
- 20
- Druckaufnehmer
- 22
- Tambour
- 24
- Druckspitze
- 26
- Aufwickelvorrichtung
- 28
- Tambour
- 30
- Sekundärhebel
- 32
- Wickel
- 34
- Achse
- 36
- Hydraulikzylinder
- 38
- Steuereinrichtung
- 40
- Kraft-
oder Druckbegrenzungselement, Druckbegrenzungs
-
- ventil
- 42
- Dichtkegel
- 44
- Feder
- 46
- Sitz
- 48
- Druckaufnehmer
- 50
- Tank
- p1
- Druck
zum Verfahren der Sekundärhebel
- p2
- Einstell-
oder Ansprechdruck, Begrenzungsdruck