DE2432836C3

DE2432836C3 - Verfahren zum Regeln des Gewichts pro Flächeneinheit einer dehnbaren Materialbahn

Info

Publication number: DE2432836C3
Application number: DE19742432836
Authority: DE
Inventors: Onn K. San Jose Calif Martin (VStA)
Original assignee: Measurex Corp
Current assignee: Honeywell Measurex Corp
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1977-08-11

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Gewichts pro Flächeneinheit einer dehnbaren Materialbahn, die in einer Maschinenanlage mit Kalanderwalzen gefertigt und dabei unter Spannung zwischen den Walzen und einer Aufwickelhaspel gehalten wird, wobei durch Strahlungsmessung an einer oder zwei Meßstellen der Anlage die Flächengewichtsbestimmung vorgenommen wird, um über Servomotoren Parameter an den Walzen zu verstellen.

Es ist bereits ein Gerät zur fortlaufenden berührungslosen Flächengewichtsbestimmung eines Bandes oder Streifens, z. B. aus Gummi, oder zur Anzeige von Abweichungen des Flächengewichts von einem Sollwert mittels der Rückstrahlung oder der Durchstrahlung einer gegen das zu prüfende Band gerichteten Beta- oder Gammastrahlungsquelle bekannt (DT-AS 12 25 396). Dabei wird das Band zwischen den Walzen eines Kalanders auf die erforderliche Dicke gebracht und vor sowie hinter den Kalander je eine Strahlungsquelle angeordnet, deren Strahlungsempfänger auf ein gemeinsames Anzeigeinstrument arbeiten. Vor dem Eintritt in den Kalander weist das Band eine solche Stärke auf, daß der rück- bzw. durchgestrahlte Ionisationsstrom der das Band bestrahlenden Strahlungsquelle einen Sättigungswert besitzt und nur Zusammensetzungsänderungen des Bandmaterials eine Intensitätsschwankung des rück- bzw. durchgestrahlten lonisationsstroms der Strahlungsquelle hervorrufen, während der rück- bzw, durcrigestrahlte Ionisationsstrom der das Band nach dem Kalander bestrahlenden Strahlungsquelle einen solchen Sättigungswert bei der gewählten Bandstärke nach dem Kalander nicht aufweist. Durch Differenzschaltung der beiden Strahlungsempfänger wird die durch eine Abweichung in der Zusammensetzung des Bandmaterials hervorgerufene Intensitätsänderung der rück- bzw. durchgestrahlten Ionisationsströme eliminiert.

Ferner ist es bekannt, bei Textilmaschinen den Garndurchmesser mittels einer Photozellenvorrichtung zu bestimmen (US-PS 26 82 144).

Weiterhin ist es bei Förderbandwaagen bekannt, die Geschwindigkeit des Förderbandes mit einem Tachogenerator zu messen.

Bsi einer Maschinenlage der eingangs erwähnten Art, insbesondere einer Maschinenlage zur Herstellung einer Rsifenmaterialbahn, die zu einem wesentlichen Teil aus Kautschuk besteht, ist zwischen der Aufwickelhaspel und den Kalanderwalzen eine Spannung vorhanden, da die Geschwindigkeit der Aufwickelhaspel gewöhnlich etwas größer ist als die Laufgeschwindigkeit der Bahn an den Kalanderwalzen. Es ist daher erwünscht, das Gewicht der Materialbahn möglichst genau auf einen Sollwert mit sehr geringer Toleranz zu regeln, um die größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu erhalten. Die Messung des Gewichts der Bahn oder genauer gesagt, ihres Gewichts pro Flächeneinheit, läßt sich verhältnismäßig leicht in der Nähe der Kalanderwalzen durchführen, und zwar mit Hilfe einer Abtastvorrichtung, wie sie auch bei Papiermaschinen benutzt wird. Dabei sind Strahlungsmeßgeräte auf einem Schlitten angebracht, welche die Materialbahn über deren Breite bestreichen dzw. abtasten. Der Betrag der Strahlung, welcher absorbiert wird, bestimmt nach den Beer-Lambertschen Gesetzen das Gewicht des Materials pro Flächeneinheit. Solche Meßgeräte für das Gewicht pro Flächeneinheit sind bekannt. Es ist jedoch im allgemeinen nicht erwünscht, solche Meßgeräte nahe der Aufwickelhaspel anzuordnen, da die Transportverzögerung zwischen der Meßstelle und der Stelle, an welcher eine Steuerung bewirkt werden kann, zu groß ist, um den Herstellungsprozeß mit der erwünschten Genauigkeit steuern zu können.

Wegen der dynamischen Veränderung der dehnbaren Materialbahn bzw. Reifenmaterialbahn während ihrer Herstellung war es bisher nicht möglich, die Bahn hinreichend genau entsprechend bestimmten Sollwerten, von denen nur um einen niedrigen Prozentsatz abgewichen werden darf, herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur besonders genauen Regelung des endgültigen Gewichts pro Flächeneinheit einer dehnbaren Materialbahn, die in einer Maschinenanlage mit Kalanderwalzen gefertigt und dabei unter Spannung zwischen den Walzen und einer Aufwickelhaspel gehalten wird, zu schaffen, wobei durch Strahlungsmessung an einer oder zwei Stellen des Kalanders eine Flächengewichtsbestimmung vorgenommen werden soll, um über Servomotoren Parameter an den Walzen zu verstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wickelgewicht, d. h. das Materialgewicht pro Flächeneinheit an der Aufwickelhaspel, ermittelt und zur Steuerung von Parametern an den Walzen benutzt

wird, wobei das Wickelgewicht (G₂) durch die Formel

W₂ S₂
bestimmt wird, worin bedeutet:

G\ Gewicht der Materialbahn am Abtaster, G₂ Gewicht der Materialbahn am Wickel, Wi Breite der Materialbahn am Abtaster, W₂ Breite der Materialbahn am Wickel,

51 Geschwindigkeit der Materialbahn am Abtaster,

5₂ Geschwindigkeit der Materialbahn am Wikkel.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schema einer Maschinenanlage zur Herstellung einer dehnbaren Materialbahn, insbesondere einer Reifenmaterialbahn mit Schnureinlage,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines Abtasters für eine Anlage nach F i g. 1 und

F i g. 3 einen fragmentarischen Querschnitt, welcher Teilen von F i g. 1 und 2 entspricht.

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird eine dehnbare Materialbahn 21 durch Kalandrieren mittels Walzen 1, 2,3 und 4 hergestellt. Dabei wird Kautschukmaterial 22 in zugemessenem Ausmaß auf beide Seiten einer Schnuranordnung 23 aufgebracht. Verschiedene Parameter der Kalanderwalzen 1-4 sind einstellbar, um ein Enderzeugnis 21 mit einem vorbestimmten Gewicht pro Flächeneinheit herzustellen. Dazu gehören insbesondere Laufgeschwindigkeit, Walzenstellung und Walzendurchbiegung. Die Messung 24 erfolgt zur Beeinflussung der Gewichte des auf die Bahn aufzubringenden Kautschukmaterials 22 und zur Herstellung einer Rückkopplungsregelung. Die Materialbahn 21 wird nach ihrer Herstellung über eine Laufrolle 26 durch ein Meßsystem 27 zu einer Aufwickelhaspel 28. Das Meßsystem 27 ermittelt das Gewicht pro Flächeneinheit an dieser Meßstelle. Durch ein mit de» Laufrolle 26 gekuppeltes Tachometer wird die Laufgeschwindigkeit S\ des Materials am Ort des Abtasters 27 gemessen. Außerdem wird die Breite W\ von dem Abtaster 27 gemessen.

Der Abtaster 27 umfaßt, wie F i g. 2 zeigt, ein Gestell 11 mit zwei in einem Abstand übereinander angeordneten, parallelen Schienen 12, 13, die sich quer über die Materialbahn 21 erstrecken. Die Materialbahn 21 läuft durch den Abtaster 27 in der mit dem Pfeil 16 bezeichneten Richtung. Je ein oberer und unterer Meßkopf 17 bzw. 18 sind an dem Gestell 11 angeordnet, so daß sie längs der Schienen 12, 13 und quer über die Materialbahn 21 laufen können.

Die Materialbahn 21 durchläuft einen Spalt 19 zwischen den Führungen 17a und 18a. Der untere Meßkopf 18 enthält eine Strahlungsquelle, die eine Strahlung aussendet, welche auf die Materialbahn 21 auftrifft. Die Intensität der Strahlung, nachdem sie durch die Materialbahn abgeschwächt ist, wird von einem Strahlungsdetektor abgefühlt, der in dem Meßkopf 17 angeordnet ist. Der Betrag der Abschwächung bestimmt nach den Beer-Lambertschen Gesetzen in bekannter Weise das Gewicht der Materialbahn.

Die Vorrichtung zur Messung des Gewichts pro Flächeneinheit kann auch eine.pneumatische oder eine Dickenmeßvorrichtung sein (wobei konstante Dichte angenommen ist), oder es kann eine sonstige Vorrich tung sein. Anstelle der Abtastköpfe 17 und 18 können auch ein oder mehrere stationäre Köpfe vorgesehen sein.

F i g. 3 veranschaulicht einen Teil der Meßköpfe 17 und 18, der dazu dient, die Breite der von dem Abtaster bestrichenen Materialbahn 21 abzufohlen. Es ist dies einfach eine photoelektrische Fühlvorrichtung, bei der ίο der Strahl einer Lichtquelle 21 von einem photoelektrischen Detektor 32 festgestellt wird, wenn der Abtaster über die Kante der Materialbahn 21 läuft. Die Größe der Bewegung der Köpfe 17 und 18 des Schlittens ist leicht zwischen photoelektrischen Abfühlpunkten durch eine geeignete Meßvorrichtung wie einen Tachometer zu bestimmen, der mit dem Kopfantriebsmotor (nicht dargestellt) gekuppelt ist.

In ähnlicher Weise kann, wie aus F i g. 1 hervorgeht, die Breite W₂ der Materialbahn an der Haspel bzw. am Wickel durch eine photoelektrische Fühlvorrichtung bestimmt werden, die an der Haspel bzw. am Wickel angeordnet ist.

Um das Gewicht pro Flächeneinheit der Materialbahn am Wickel rechnerisch zu ermitteln, wird folgende Methode angewendet.

Nach der Theorie der Erhaltung der Maße über die Zeit ist das Produkt aus Breite, Geschwindigkeit und Gewicht pro Flächeneinheit der Materialbahn 21 am Ort des Abtasters 27 gleich den entsprechenden Faktoren am Wickel. Diese Beziehung läßt sich wie folgt ausdrücken:

G₁ · W₁ ■ S₁ = G₂ ■ W₂ ■ S₂

(D

Durch Umformung dieser Gleichung ergibt sich das Wickelgewicht:

W₁ S₁

^{2 =} "WT⁷ST ■ ^!

Der Bruch in Gleichung (2) kann auch als Zunahmeverhältnis bezeichnet werden:

S ■ W

Zunahmeverhältnis = -~——- (3) J₂ · W₂

Das Wickelgewicht läßt sich in vereinfachter Form als Annäherung auch wie folgt ausdrucken:

oder

G₂ = ~~ -G₁-K₁ (2a)

G₂ = -J- G₁ K₂ (2 b)

worin K₁ und K₂ Konstanten sind.

In allen diesen Gleichungen wird mit der Indexziffer 1 der Meßort am Abtaster und mit der Indexziffer 2 der Meßort am Wickel bzw. an der Haspel sowie S die Geschwindigkeit und mit Wdie Breite der Materialbahn bezeichnet. Das in Gleichung 3 definierte Zunahmeverhältnis stellt eine besondere gegenseitige Beziehung zwischen dem Meßwert des Gewichts am Abtaster und dem Meßwert des Gewichts am Wickel dar. Dieses ist zur Gewährleistung dynamischer Genauigkeit verwertbar, da es ohne Rücksicht auf Änderungen der Zunahmeverhältnisse die Regelung der Gewichts-Soll-

werte zwischen Abtaster und Wickel erlaubt; eine solche Änderung wird dadurch hervorgerufen, daß Kalanderspannungen und andere Parameter sich von Lauf zu Lauf, praktisch sogar bei der gleichen Erzeugnisart verändern.

Somit kann zur Durchführung des neuen Regelverfahrens gemäß der Erfindung das Wickelgewicht Gi dadurch festgestellt werden, daß

a) das Gewicht pro Flächeneinheit der Materialbahn 21 an einer von der Aufwickelhaspel 28 entfernt gelegenen Stelle (Gi) durch in Querrichtung hin- und hergehendes Abtasten mittels einer Strahlung festgestellt,

b) sowohl an der Aufwickelhaspel 28 als auch an der von ihr entfernt gelegenen Abtaststelle die Breite (W\ bzw. Wj) und/oder die Geschwindigkeit (Si bzw. S₂) der Bahn durch photoelektrisches Abfühlen bzw. Abfühlen mittels eines Tachometers festgestellt und

c) aus dem Gewicht pro Flächeneinheit an der Abtaststelle (Gi) und den abgefühlten Parametern (Wu W₂) und/oder (S,, S₂) das Wickelgewicht (G₂) ermittelt wird.

Außerdem ist bei einem Regelsystem mit geschlossener Regelschleife der Meßwert des Gewichts pro Flächeneinheit am Ort des Abtasters 27 zur Regelung des Gewichts der Materialbahn 21 auf einen Sollwert brauchbar. Abweichungen zwischen dem erwünschten Sollwert und dem Wickelgewicht können in dem Regelsystem dazu benutzt werden, das erwünschte Gewicht am Abtaster zu variieren.

Somit wird durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen, die Kalanderwalzen so zu regeln, daß ein erwünschtes Gewicht am Wickel erhalten wird. Auch wenn angenommen wird, daß ein perfekt geregeltes System mit in sich geschlossener Rcgelschleife vorhanden ist, wobei das Abtastmeßgerät an der Stelle 27 benutzt wird, wo das Gewicht pro Flächeneinheit auf einen konstanten Wert geregelt wird, so werden doch durch die Bedingungen der Fertigungsstrecke Rückschrumpfungen der Materialbahn mit einer zur Zeit der dynamischen Eichung nicht genau proportionalen Geschwindigkeit verursacht. So ist die Schwankung des Wickelgewichts größer als die von dem Abtaster 27 registrierte Gewichtsschwankung. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden diese Erscheinungen durch Kompensation solcher Schwankungen vor Eigenschaften der Materialbahn behoben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln des Gewichts pro Flächeneinheit einer dehnbaren Materialbahn, die in S einer Maschinenanlage mit Kalanderwalzen gefertigt und dabei unter Spannung zwischen den Walzen und einer Aufwickelhaspel gehalten wird, wobei durch Strahlungsmessung an einer oder zwei Meßstellen des Kalanders die Flächengewichtsbe-Stimmung vorgenommen wird, um über Servomotoren Parameter an den Walzen zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelgewicht (G2), d. h. das Materialgewicht pro Flächeneinheit an der Aufwickelhaspel (28), ermittelt und zur >5 Steuerung von Parametern an den Walzen (1—4) benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelgewicht (G₂) dadurch festgestellt wird, daß

a) das Gewicht pro Flächeneinheit der Matepalbahn (21) an einer von der Aufwickelhaspel (28) entfernt gelegenen Stelle (Gi) durch in Querrichtung hin- und hergehendes Abtasten mittels einer Strahlung festgestellt,

b) sowohl an der Aufwickelhaspel (28) als auch an der von ihr entfernt gelegenen Abtaststelle die Breite (Wi bzw. W₂) und/oder die Geschwindigkeit (Si bzw. S₂) der Bahn durch photoelektrisches Abfühlen bzw. Abfühlen mittels eines Tachometers festgestellt und

c) aus dem Gewicht pro Flächeneinheit an der Abtaststelle (Gi) und dem bzw. den abgefühlten Parametern (VZ₁, W₂) und/oder (Si, S₂) das Wickelgewicht (G₂) ermittelt wird.