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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die Liniendruckverteilung in Walzenanordnungen der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
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Eine solche Regeleinrichtung ist durch die DE-OS 25 55 677 bekanntgeworden. Bei der bekannten Ausführungsform sind quer zur Bahn Meßorgane angeordnet oder beweglich, die bestimmte Eigenschaften der Bahn, wie zum Beispiel ihre Dicke, ihr Flächengewicht oder ihre Feuchte erfassen und einem Rechner zuleiten, der die gemessenen tatsächlichen Eigenschaften mit einem vorgegebenen Eigenschaftsprofil, zum Beispiel einer gleichmäßigen Verteilung quer zur Bahn, vergleicht und aus den Abweichungen Stellsignale für die Druckstellglieder der einzelnen Stützelemente bildet, mittels deren die von diesen auf den Innenumfang der Hohlwalze ausgeübten Kräfte steuerbar sind.
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Die bekannte Einrichtung arbeitet mit einer Walze, die für sich genommen durch die DE-AS 22 30 139 bekannt ist. Die Stützelemente sind hierbei in Bohrungen des Kerns neigbar geführte hydrostatische Kolben, die den Liniendruck aufbringen. Für die Erfindung kommen auch Systeme nach der US-PS 31 19 324 und DE-OS 14 61 066 in Betracht. Der Ausdruck Stützelemente soll aber im vorliegenden Fall im weitesten Sinne als Elemente zur lokalen Druckbeeinflussung verstanden sein. Für die Erfindung sind also auch Walzen nach der DE-PS 23 25 721, bei der Kolben auf der dem Arbeitsspalt abgelegenen Seite gegen den Innenumfang der Hohlwalze wirken, nach der DE-PS 23 32 861, bei der ein Kolben in einer mit Druckflüssigkeit gefüllten Kammer angeordnet ist und einzelne Zusatzkräfte aufbringt, und auch nach der DE-PS 30 03 395 geeignet, bei welcher durch ein "Stützelement" in einer mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Kammer kein Zusatzdruck aufgebracht, sondern der Druck lokal unter den Druck der umgebenden hydraulischen Flüssigkeit abgesenkt wird.
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Bei der aus der DE-OS 25 55 677 bekannten Steuereinrichtung ist davon ausgegangen, daß die Bahn relativ zur Walze eine bestimmte Breite einnimmt. Daraus ergeben sich dann die Drücke für die einzelnen Stützelemente. Wenn aber der mit der ansonsten unveränderten Einrichtung eine in ihrer Breite abweichende Bahn verarbeitet werden soll, stimmt die Druckeinstellung nicht mehr und wird die abweichende Bahn einem ganz anderen Druckprofil ausgesetzt. Es sei zum Beispiel angenommen, daß die verarbeitende Bahn schmäler als die ursprünglich zugrundegelegte Bahn ist. Dann stehen Teile der Walze, die bei ursprünglich zugrundegelegten Bahn noch auf der Bahn liefen, jetzt über den Rand der Bahn über und biegen sich gewissermaßen über den Bahnrand, weil dort durch die Bahn keine Gegenkräfte mehr aufgebracht werden.
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Dem Randbereich der Bahn werden die Kräfte, die auf den jetzt nicht überrollten äußeren Bereich entfallen, der sonst von einer breiteren Bahn eingenommen würde, zusätzlich aufgegeben, so daß es zu einer erheblichen Druckerhöhung am Bahnrand kommt. Die Anordnung der Stützelemente in der Bahn bleibt ja stets die gleiche, doch stehen dem äußersten Stützelement oder den äußersten Stützelementen das eine Mal Bahnteile unmittelbar gegenüber, und das andere Mal nicht.
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Wie sehr der bei einer schmäleren Bahn sich einstellende Druckverlauf am Rand von dem gewünschten Druckverlauf abweicht, hängt natürlich sehr von der Biegesteifigkeit der Hohlwalze ab: Wenn diese sehr steif ist, behält sie ihre Form im Randbereich, wo keine Gegenkräfte durch die Bahn aufgebracht werden, in einem grösseren Maß bei als eine weniger biegesteife Hohlwalze, die "über den Rand heruntergebogen" wird und zu einer steilen Erhöhung der Randpressung führt.
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Der Fall, daß unterschiedliche Bahnbreiten mit Walzen der bei der Erfindung einsetzbaren Art verarbeitet werden müssen, kommt relativ häufig vor, zum Beispiel wenn in von den Herstellungsbetrieben der Papier-, Kunststoff- oder sonstigen Bahnen getrennten Veredelungsbetrieben Bahnen verschiedener Herkunft bearbeitet werden sollen, was bis zum augenblicklichen Zeitpunkt nur in beschränktem Umfang bzw. unter Zugeständnissen an die Einhaltung eines vorgegebenen Liniendruckprofils möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Walzenanordnung der in Rede stehenden Art auf einfache Weise unter Einhaltung eines vorgegebenen Liniendruckprofils Bahnen unterschiedlicher Breite bearbeiten zu können.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Es kann also eine bestimmte vorgegebene Bahnbreite, die an der Rolle abgemessen werden kann, in die Regeleinrichtung eingegeben werden, wobei diese von sich aus die zu einem bestimmten gewünschten Druckverlauf, der aber auch bei einer schmäleren oder breiteren Bahn vorhanden sein kann, notwendigen Stellsignale unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Hohlwalze, d. h. ihrer Biegeeigenschaften und der Anordnung und Ausbildung der Stützelemente innerhalb dieser, beeinflußt. Notwendig ist für das Bedienungspersonal nach Festlegung des behandlungsbedingten Liniendruckniveaus und -verlaufs beim Übergang auf eine andere Bahnbreite lediglich die Vornahme einer Einstellung, eben die der Breite der zu verarbeitenden Bahn. Auf diese Weise wird die Anpassungsfähigkeit der Walzenanordnung und ihre Brauchbarkeit in der Praxis erheblich erhöht.
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Maßgebend ist bei der Erfindung das gewünschte Liniendruckprofil im Walzenspalt und nicht das Kraftprofil der Stützung, etwa das Profil der Öldrücke in den Stützelementen. Beide Profile unterscheiden sich wesentlich. Wird z. B. das Kraftprofil nur an einer Stelle, d. h. der Öldruck in nur einem Stützelement, verändert, so verändert sich wegen der Rohrsteifigkeit der Hohlwalze und der Produktverformung das Liniendruckprofil über die ganze Bahnbreite.
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In das Rechenmodell der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung sind sowohl Rohrsteifigkeit als auch Produktverformung einbezogen. Aus dem gewünschten stetigen Liniendruckprofil werden unter Berücksichtigung dieser Größen das Kraftprofil bzw. die singulären Öldrücke in den einzelnen Stützelementen ermittelt.
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Anspruch 2 gibt eine zweckmäßige Ausgestaltung der Steuereinrichtung wieder.
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Das Merkmal des Anspruchs 3 erlaubt eine einfache, optisch auf einen Blick erkennbare Einstellung des Liniendruckverlaufs.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergegeben.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Funktionsplan der Steuereinrichtung.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Wiedergabe des Bedienfeldes.
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Die in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Walze umfaßt ein feststehendes Querhaupt 1 und eine um dieses umlaufende Hohlwalze, deren Innenumfang 4 allseitigen Abstand vom Außenumfang des Querhauptes beläßt. Am in Fig. 1 linken Ende ist die Hohlwalze 3 auf in der Nähe des Endes der Hohlwalze 3 angebrachten Lagern 2 auf dem Querhaupt 1 gelagert. Am in Fig. 1 rechten Ende ist das Querhaupt 1 auf einander parallel zur Wirkebene gegenüberliegenden Seiten abgeflacht, d. h. mit ebenen Führungsflächen 1&min;&min; versehen, an denen ein Führungsring 19 in der Wirkebene verlagerbar, jedoch drehfest gehalten ist. Auf dem Führungsring 19 ist das Lager 2&min; angeordnet, mittels welchem die Hohlwalze 3 senkrecht zur Wirkebene geführt ist. In der Wirkebene kann sich die Hohlwalze 3 gegenüber dem Querhaupt 1 jedoch frei bewegen. Es versteht sich, daß in Wirklichkeit die Ausbildung der Walze 10 an beiden Enden gleich ist.
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Die Enden 1&min; des Querhauptes 1 stehen aus der Hohlwalze 3 vor und bilden die Walzenzapfen, an denen Kräfte auf die Walze 10 aufgebracht werden können bzw. an denen sie an einem Walzenständer gelagert werden kann.
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Eine Gegenwalze 6 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von oben an der Walze 10 an und bildet an deren Oberseite den Walzspalt 5, in welchem die Bahn 11 einer Druckbehandlung ausgesetzt wird. Die Bahn 11 besteht in dem Ausführungsbeispiel aus Papier und ist in ihrer Dicke in der Zeichnung aus Gründen der Erkennbarkeit übertrieben dargestellt.
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Auf der dem Walzspalt 5 zugewandten Seite sind im Querhaupt 1 längs desselben zylindrische Bohrungen 7 in Abständen voneinander angebracht, in denen radial verlagerbare Stützelemente 8 in Gestalt von Kolben angeordnet sind. Die Stützelemente 8 sind einfach als zylindrische Körper gezeichnet, doch kann ihre Ausbildung im einzelnen komplizierter sein. Zu den einzelnen Zylinderräumen führen im Querhaupt 1 angebrachte Zuleitungen 12, die als durch den ansonsten massiven Stahlkörper des Querhaupts 1 niedergebrachte Längsbohrungen ausgebildet sind. In dem Ausführungsbeispiel führen die Zuleitungen 12 von einer Seite her in das Innere der Walze; die Anordnung kann aber auch so getroffen sein, daß von beiden Enden her Zuleitungen eingebracht sind. Durch die Zuleitungen 12 kann jedes einzelne Stützelement 8 mit einem separaten Druck beaufschlagt werden, was dazu führt, daß die Stützelemente 8, die ansonsten untereinander gleich ausgebildet sind, unterschiedliche Kräfte gegen den Innenumfang der Hohlwalze 3 ausüben. Diese Kraftausübung ergibt eine bestimmte Liniendruckverteilung im Walzespalt 5. Durch die Zuleitungen 12 herangeführte Druckflüssigkeit wirkt auf die Oberseite der als Kolben ausgebildeten Stützelemente und gelangt außerdem über einen nicht dargestellten Drosselkanal in eine auf der dem Innenumfang 4 der Hohlwalze 3 zugewandten Seite des Stützelements 8 gebildete flache Druckkammer, in der ein hydrostatischer Druck aufgebaut wird, mittels dessen der größte Teil der Kräfte der Stützelemente 8 auf den Innenumfang 4 der Hohlwalze 3 übertragen wird. Die Hohlwalze 3 gleitet mit ihrem Innenumfang 4 bei ihrer Drehung an den Stützelementen 8 vorbei. Unter deren Rand tritt stets eine gewisse Menge an Leckflüssigkeit aus, die sich in dem Zwischenraum 17 zwischen Querhaupt 1 und Innenumfang 4 der Hohlwalze 3 ansammelt und von dort laufend entfernt wird. Die hierzu dienenden Leitungen sind nicht dargestellt.
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Die Zuleitungen 12 im Innern der Walze 10 sind über äußere Leitungen 13 mit Stellventilen 14 verbunden, die jeweils über eine Zweigleitung an eine Leitung 16 angeschlossen sind, die einen bestimmten hydraulischen Druck führt, von dem die Stellventile 14 je nach ihrer Einstellung einen bestimmten Anteil in die Leitungen 13 durchlassen. Die Einstellung der Stellventile 14 erfolgt durch Stellsignale, die über Signalleitungen 18 aus einem zentralen als Ganzes mit 20 bezeichneten Rechner herangeführt werden.
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Wenn das Stellsignal für das in Fig. 1 am weitesten links gelegene Stellventil 14 hoch ist, so wird das in Fig. 1 am weitesten rechts gelegene Stützelement 8 einem entsprechend erhöhten Liniendruck ausgesetzt, was zu einer verstärkten Kraftausübung am rechten Ende der Walze 10 und damit in der Nähe des rechten Randes der Bahn 11 führt. Auf diese Weise kann der Druck in jedem einzelnen Stützelement 8 unabhängig von den anderen Stützelementen 8 eingestellt werden, wodurch sich ein bestimmter Liniendruckverlauf über die Breite der Bahn 11 ergibt.
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Die Eingabe von Werten erfolgt über das als Ganzes mit 25 bezeichnete Bedienfeld, in welchem in dem Ausführungsbeispiel sieben Einstellorgane 21 vorhanden sind, die als nebeneinander angeordnete parallel verschiebbare Schiebewiderstände ausgebildet sind. Die Einstellorgane 21 sind bestimmten in gleichmäßigen Abständen voneinander gelegenen Stellen quer zur Bahn zugeordnet. Je nach Breite der Bahn haben diese Stellen einmal einen größeren, das andere Mal einen geringeren Abstand voneinander. Jeder Stellung eines Einstellorgans 21 entspricht ein bestimmter Soll-Mittelwert des Liniendrucks in dem den Stellen jeweils zugeordneten Breitenbereich. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Druck in den Randbereichen gegenüber dem einen gleichmäßigen Druck aufweisenden Innenbereich etwas erhöht. Die Einstellung der Einstellorgane 21 gibt den Verlauf des Liniendrucks über die Bahnbreite näherungsweise wieder; es versteht sich, daß der Liniendruck tatsächlich über die Bahnbreite stetig verläuft. Der in dem Bedienfeld eingestellte Verlauf gilt für Bahnen unterschiedlicher Breite und wird von dem Rechner 20 in je nach der Breite der Bahn 11 unterschiedliche Druckwerte für die einzelnen Stützelemente umgerechnet, die dann bei breiteren und schmäleren Bahnen zu stets dem gleichen Gesamt-Liniendruckverlauf führen.
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Die Papierbreite, die tatsächlich verarbeitet werden soll, wird an dem Einstellorgan 22 eingestellt, welches ebenfalls als Schiebewiderstand ausgebildet ist. Das Liniendruckniveau insgesamt wird an dem Einstellorgan 23 eingestellt, welches den der Mittellage der Einstellorgane 21 entsprechenden Druck angibt. Steht ein Einstellorgan um einen bestimmten Prozentbetrag über dem mittleren Wert, entspricht dies einem entsprechend erhöhten Druck, steht ein Einstellorgan tiefer, ergibt sich ein entsprechend gegenüber dem Mittelwert erniedrigter Druck. Die Signale des Bedienfeldes 25 werden über die Leitung 26 dem zentralen Rechner 20 zugeleitet. Dieser bildet aus dem an den Einstellorganen 21 eingestellten Liniendruckverlauf, aus der an dem Einstellorgan 22 eingestellten Papierbreite und aus dem an dem Einstellorgan 23 eingestellten Druckniveau sowie gespeicherten Eigenschaften der Walze 10 (Zahl, Anordnung und Ausbildung der Stützelemente 8, Biegeeigenschaften der Hohlwalze 3) Signale, die über die Leitung 18 den Stellventilen 14 zugeleitet werden, wodurch die einzelnen Stützelemente 8 bestimmte hydraulische Drücke erhalten.
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Der Bildschirm 24 bietet eine Kontrollmöglichkeit des eingestellten Liniendruckverlaufs. Es werden in Gestalt eines Balkendiagramms oder einer sonstigen Darstellung die durch die Einstellorgane 21 eingestellten Werte 21&min; und das durch den Rechner 20 über ein mathematisches Rechenmodell aufgrund der Einstellmöglichkeiten der Walze 10 (gegeben durch die Walzenkonstruktion und die Verformbarkeit der Hohlwalze 3) als beste Näherung errechnete Profil 21&min;&min; gegenübergestellt.
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Ändert sich die Breite der Bahn 11, so würde sich bei sonst gleichen Verhältnissen der durch die Einstellorgane 21 gegebene Liniendruckverlauf nicht erreichen lassen. Der zentrale Rechner 20 enthält jedoch einen Rechenteil 40, der bei einem durch die Berücksichtigung der Bahnbreite an dem Einstellorgan 22 geänderten Eingangssignal die über die Leitungen 18 an die Stellventile 14 gelieferten Stellsignale in Abhängigkeit von der jeweiligen Bahnbreite abändert.
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In Fig. 2 ist das Bedienfeld 25 noch einmal in vergrössertem Maßstab wiedergegeben. Bei dem Einstellorgan 22 wird unmittelbar die Papierbreite eingestellt, bei dem Einstellorgan 23 unmittelbar der Liniendruck in daN/cm. Der Liniendruck ist die im Walzspalt pro Zentimeter Walzenlänge ausgeübte Gesamtkraft, bei einem gleichmäßigen Liniendruck also die im Walzspalt insgesamt über die ganze Länge der Walze ausgeübte Kraft geteilt durch die Länge der Walze in Zentimetern. In vielen Fällen verläuft allerdings der Liniendruck nicht gleichmäßig, so daß die pro Zentimeter Walzenlänge ausgeübte Kraft an verschiedenen Stellen der Walze unterschiedlich sein kann.
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Der an dem Einstellorgan 23 eingestellte Druck ist ein Druckniveau, dem die Null-Linie 27 bei den Einstellorganen 21 entspricht. Von dem Druckniveau, dem die Null-Linie 27 entspricht, ausgehend kann durch entsprechendes Verschieben der Einstellorgane 21 die an einer bestimmten Stelle der Papierbahn gewünschte Abweichung von dem durch das Einstellorgan 23 generell vorgegebenen Druckniveau und damit insgesamt ein vorgegebener Liniendruckverlauf eingestellt werden. Wenn ein bestimmtes Einstellorgan auf der Null-Linie steht, ergibt sich an der entsprechenden Stelle der Papierbahn der beim Einstellorgan 23 eingestellte Druck. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies bei den fünf inneren Einstellorganen 21 der Fall, während die beiden äußeren Einstellorgane auf einen Betrag von +40% eingestellt sind. An der den beiden äußeren Einstellorganen 21 entsprechenden Stelle der Bahnbreite, d. h. also an den beiden Rändern, ergibt sich dann ein Druck von 90 daN/cm + 40% = 126 daN/cm.
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Im unteren Teil der Fig. 2 ist die Zuordnung der Einstellorgane 21 zu bestimmten Stellen der Bahn 11 verdeutlicht. Die äußeren Einstellorgane 21 gehören zum Rand der Bahn 11. Die Zuordnung wird im Falle, daß der Bahnrand bei 29 liegt, durch die ausgezogenen Linien 28 symbolisiert. Ist die Bahn so, daß ihr Rand etwa bei 30 liegt, so wird die Zuordnung durch die gestrichelte Linie 31 symbolisiert. Entsprechendes gilt dann auch für die im Innern der Bahn gelegenen Stellen, die sich so verlagern, wie es in Fig. 2 durch die gestrichelten Zuordnungslinien angedeutet ist. Die Abstände benachbarter Zuordnungsstellen innerhalb einer Bahn bestimmter Breite sind untereinander gleich, bei Bahnen verschiedener Breite jedoch voneinander verschieden. Der durch die Stellung der Einstellorgane 21 gegebene gewünschte Verlauf des Liniendrucks gilt also für Bahnen unterschiedlicher Breite.
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Die Festlegung der Drücke für die einzelnen Stützelemente 8, die ja unveränderlich in der Walze 10 angeordnet sind, erfolgt durch den Rechenteil 40, der entsprechend der am Einstellorgan 22 eingestellten Papierbreite die Drücke für die Stützelemente 8 vorgibt und gewissermaßen die Umsetzung des für beliebige Papierbreiten durch die Einstellorgane 21 vorgegebenen Druckverlaufs auf die konkrete Walze 10 bewerkstelligt.