DE3614436A1 - Messeinrichtung fuer die druckzonenbreite und/oder flaechenpressung zwischen einem wickel einer materialbahn und einer gegen den wickel gedrueckten walze und verfahren zum wickeln einer materialbahn - Google Patents
Messeinrichtung fuer die druckzonenbreite und/oder flaechenpressung zwischen einem wickel einer materialbahn und einer gegen den wickel gedrueckten walze und verfahren zum wickeln einer materialbahnInfo
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Description
Gegenstand des Hauptpatente ist eine Meßeinrichtung für
die Druckzonenbreite und/oder Flächenpressung zwischen
einem Wickel einer Materialbahn und einer gegen den Wickel
gedrückten Walze, beispielsweise der Tragwalze. Bei dieser
Meßeinrichtung sind im Mantel der Walze eine
Strahlungsquelle, deren Strahlung gegen den Wickel
gerichtet ist, und daneben ein Strahlungsempfänger
angeordnet, der auf die am Wickel reflektierte Strahlung
der Strahlungsquelle ausgerichtet ist. Mit einem
Auswertgerät wird aus dem Zeitsignal des
Strahlungsempfängers für die Phase der Unterbrechung des
Strahlungsempfangs während der Abdeckung der
Strahlungsquelle durch den Wickel und einem von einem
Bahngeschwindigkeitsmesser gelieferten Signal die
Druckzonenbreite und/oder die Flächenpressung des Wickels
ermittelt. Das Auswertgerät kann dabei weitere für die
Wickelhärte maßgebende Parameter als Korrekturgrößen
berücksichtigen, wie den Radius des Wickels, das
Wickelgewicht, die Länge des Wickels, das spezifische
Materialbahngewicht und die Geometrie der Wickelvorrichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, zum einen eine gegenüber
dieser speziellen Lösung des Hauptpatentes allgemeinere
Lösung für die Ermittlung der Druckzonenbreite des Wickels
und zum anderen ein Wickelverfahren für eine Materialbahn
anzugeben, bei dem die Wickelhärte während des Wickelns
beeinflußbar ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für die
Druckzonenbreite und/oder Flächenpressung zwischen einem
Wickel einer Materialbahn und einer gegen den Wickel
gedrückten Walze, insbesondere einer Stütz-, Trag- oder
Druckwalze. Bei einer solchen Meßeinrichtung wird der erste
Aufgabenteil gelöst durch mindestens einen im Mantel der
Walze angeordneten Sensor, der in einer Zeitphase Δ t, in
der der Abstand zum Wickel unter oder über einem Grenzwert
liegt, ein Signal an ein Auswertgerät liefert, das aus
diesem Signal und einem von einem beim
Geschwindigkeitsmesser gelieferten Signal und
weiteren Signalen, wie dem Radius, dem Gewicht und der Länge
des Wickels, dem spezifischen Materialbahngewicht und der
Geometrie der Wickelvorrichtung die Druckzonenbreite
des Wickels ermittelt.
Wie beim Hauptpatent wird aus der Zeitphase Δ t, die ein
Maß für die Abplattung und damit auch für die Wickelhärte
ist, und der Materialbahngeschwindigkeit mittels des
Auswertgerätes die Breite der Abplattung festgestellt. Die
erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist aber nicht auf einen
speziellen Sensortyp, z. B. Strahlungsquelle/Strahlungsempfänger,
beschränkt, sondern umfaßt alle
Sensoren, die auf den Abstand des Wickels reagieren. Auch
ist die Erfindung nicht auf die direkte Erfassung der
Zeitphase Δ t beschränkt, vielmehr kann diese Zeitphase
auch mittelbar, z. B. dadurch erfaßt werden, daß die
Veränderung des Zustandes eines Meßgliedes erfaßt und
darüber die Zeitphase Δ t ermittelt wird. Konkret könnte
diese Erfassung darin bestehen, daß der Ladezustand eines
während der Zeitphase Δ t von einem vorgegebenen konstanten
Wert teilweise entladbaren Kondensators festgestellt wird.
Da die Entladungskurve immer gleich ist, entspricht dem
Ladezustand nach der Entladung ein bestimmtes Δ t.
Aus der ermittelten Druckzonenbreite und weiteren
materialbahnabhängigen Größen lassen sich die
Flächenpressung und/oder die Wickelhärte und/oder die
Materialbahndehnung und/oder die Materialbahnspannung
und/oder die spezifische Dichte der Wickellagen bzw. des
Wickels ermitteln, denn zwischen der Druckzonenbreite und
diesen Größen bestehen formelmäßig definierbare
Beziehungen.
Da bekanntlich die Wickelhärte über die Länge eines Wickels
schwankt, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, über die Länge des Wickels mehrere Sensoren im
Mantel der Walze anzuordnen. Eine Verteilung von mehreren
Sensoren über den Umfang des Mantels der Walze ist ebenfalls
möglich. Bei dieser Ausgestaltung kann dann auch die
Wickelhärteverteilung über den Umfang gemessen werden.
Es ist bekannt, daß die Wickelhärte eines Wickels von
verschiedenen Faktoren abhängt und durch verschiedene
Maßnahmen während des Wickelns beeinflußt werden kann. Zwar
nutzte man diese Erkenntnis auch schon in der
Vergangenheit, um in gewissem Umfang Einfluß auf die
Wickelhärte beim Wickeln zu nehmen, doch war es nicht
möglich, die Wickelhärte exakt zu steuern, weil man sich
lediglich der Erfahrung aus früheren Wickelverfahren
bedienen konnte. Die Erfindung macht es möglich, während
des Wickelns unmittelbar in Abhängigkeit von der gerade
gemessenen Wickelhärte Einfluß auf die Wickelhärte beim
weiteren Wickeln zu nehmen.
Die Erfindung bezieht sich somit weiter auf ein Verfahren
zum Wickeln einer Materialbahn auf einer Wickelvorrichtung,
die insbesondere aus Trag- oder Stützwalzen und
gegebenenfalls Druckwalzen besteht, unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Bei einem solchen
Verfahren wird der zweite Aufgabenteil dadurch gelöst, daß
in Abhängigkeit von der beim Wickeln ermittelten
Druckzonenbreite und/oder einer anderen daraus ermittelten
charakteristischen Größe des Wickels, wie die
Flächenpressung zumindest ein Teil der die Wickelhärte
bestimmenden Parameter, wie die Geometrie der
Wickelvorrichtung, die Voreilung der Walzen, der
Materialbahnzug und/oder der auf den Wickel ausgeübte Druck
der Druckwalze nach einem Programm geregelt werden. Dabei
werden vorzugsweise materialbahnabhängige Korrekturgrößen,
wie das Materialbahnprofil, die Massenverteilung und die
Feuchteverteilung berücksichtigt. Diese Korrekturgrößen
werden entweder durch Messung festgestellt, oder dem
Protokoll aus der Fabrikation der Materialbahnherstellung
entnommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Möglichkeit
der unmittelbaren Erfassung der Druckzone bzw. der
Wickelhärte während des Wickelns ausgenutzt, um unter
Berücksichtigung verschiedenster, die Wickelhärte
beeinflussender Faktoren korrigierend in den Wickelvorgang
einzugreifen, so daß ein Wickel mit gewünschter Wickelhärte
erhalten wird.
Unterschiede im Profil der Materialbahn, z. B. bei einer
Papierbahn die über die Breite unterschiedliche Dicke lassen
sich mit über die Länge der Walze in deren Mantel verteilt
angeordnete Sensoren erfassen, so daß die Voraussetzung
dafür gegeben ist, daß auch die Wickelhärte beeinflußt
werden kann. Für das Regeln der Wickelhärte über die Länge
des Wickels können dann abschnittweise einzelne ansteuerbare
Druckwalzen vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine zur Durchführung
des Verfahrens geeignete Regeleinrichtung, bei der von der
erfindungsgemäßen Meßeinrichtung Gebrauch gemacht wird und
die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Regler, der von
Meßeinrichtung den Istwert für die Wickelhärte erhält, nach
einem Sollwertprogramm für die Wickelhärte ein Stellsignal
an ein Stellglied von mindestens einem Teil der
Wickelvorrichtung liefert, mit dem die Wickelhärte
beeinflußbar ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine Wickelvorrichtung mit einer Meß- und
Regeleinrichtung für die Wickelhärte und
Fig. 2 einen Teil der Meßeinrichtung für die
Wickelhärte eines Wickels.
Die in der Zeichnung dargestellte Wickelvorrichtung besteht
aus zwei Tragwalzen 1, 2 und einer Druckwalze 3. Zwischen
diesen drei Walzen 1 bis 3 ist ein Wickel 4 eingeklemmt.
Eine aufzuwickelnde Materialbahn 5 läuft über eine der
angetriebenen Tragwalzen 2, 3.
Die Druckwalze 3 lastet mit ihrem Eigengewicht auf dem
Wickel 4. Dieser Last ist noch eine auf die Druckwalze 3
einwirkende einstellbare Kraft P überlagert, so daß die
Gesamtbelastung K am Wickel wirksam ist.
Die Auflagekraft N an den Tragwalzen 1, 2 hängt ab von dem
Eigengewicht der Druckwalze 3 und der Kraft P aus dem
Gewicht des Wickels 4, das mit zunehmenden Radius r des
Wickels 4 größer wird. Ferner hängt die Auflagekraft N von
der geometrischen Anordnung der Wickelvorrichtung ab, und
zwar vom Abstand der Tragwalzen 1, 2, deren Radius, einer
möglichen Höhenversetzung und dem Radius r des Wickels 4.
Über Signalgeber, die die Position des Lagers der Druckwalze
3 und die Drehzahl einer der beiden Tragwalzen 1, 2
überwachen, lassen sich die variablen Signale r für den
Wickelradius des Wickels 4 und v für die Bahngeschwindigkeit
der Materialbahn 5 feststellen. Diese Signale werden einem
Auswertgerät A geliefert.
Für die Erfassung der Druckzonenbreite (in Umfangsrichtung
des Wickels 4) an einer Tragwalze 2 sind axial über die
Länge der Tragwalze verteilt mehrere Sensoren im Mantel der
Tragwalze 2 angeordnet, die Signale Δ t₁, Δ t₂, Δ t₃
an das Auswertgerät A liefern.
In Fig. 2 ist die Anordnung eines Sensors 6 im Mantel der
Tragwalze 2 zusammen mit dem von ihn gelieferten Zeitsignal
darstellt. Als Sensor 6 können die verschiedensten
Sensoren verwendet werden, sofern sie nur geeignet sind,
auf die Nähe des Wickels 4 zu reagieren.
Die Funktion des Sensors 6 ist folgende:
Bei Drehung der Tragwalze 2 in Richtung des Pfeils erzeugt
der Sensor, sobald er in die gestrichelte Position gelangt,
einen Schaltvorgang, in den das Signal von 1 auf 0 fällt.
Dieser Signalzustand bleibt für die Zeitphase Δ t erhalten,
also solange, bis daß der Sensor in die ausgezeichnete
Position 6 gelangt. Sowohl in der strichpunktierten als auch
in der ausgezeichneten Position befindet sich der Wickel 4
in einem Abstand, der dem Grenzwert entspricht, bei dem der
Sensor 6 anspricht.
Anstelle der Erfassung des Zeitsignals Δ t kann auch ein
Zeitsignal Δ t′ erfaßt werden, das dem Umfangsbereich
entspricht, in dem der Sensor einen über dem Grenzwert
liegenden Abstand vom Wickel hat. Während im ersten Fall das
Signal Δ t unmittelbar der Breite der Abplattung entspricht,
entspricht das Signal Δ t′ dem Umfang des Wickels 4 minus
der Breite der Abplattung des Wickels 4. In jedem Fall
erhält man also eine Aussage über die Druckzonenbreite.
Aus dem gewonnenen Zeitsignal Δ t und dem
Geschwindigkeitssignal v der Materialbahn läßt sich nach
der Formel Δ t s = v · Δ t die Druckzonenbreite berechnen.
In Verbindung mit anderen Einflußgrößen für die Wickelhärte,
wie dem Wickelradius r, der Länge l des Wickels, der Kraft
K der Druckwalze auf den Wickel 4, dem spezifischen
Materialbahngewicht γ und der Geometrie der
Wickelvorrichtung läßt sich in dem Auswertgerät A nach
der Formel
die Wickelhärte W H
berechnen, wobei die Stützkraft N = f (G, K) ist. In die
Stützkraft N gehen die Druckkraft K der Druckwalze 6, das
spezifische Materialbahngewicht γ und die Geometrie der
Wickelvorrichtung als Konstanten ein. Nach anderen Formeln
lassen sich in entsprechender Weise unter Berücksichtigung
weiterer materialbahnabhängiger Größen andere
charakeristische Werte für den Wickel ermitteln.
Die auf diese Art und Weise ermittelte Wickelhärte W H wird
als Istwert einem Regler R zugeführt. Der Regler R liefert
ein Stellsignal für die Einstellung der auf die Druckwalze 3
einwirkenden Kraft P. Als Sollwert S kann dem Regler ein
Programm in Abhängigkeit vom Radius r des Wickels 4
vorgegeben werden. Ferner können dem Regler R
materialbahnabhängige Korrekturgrößen C, wie das
Materialbahnprofil, die Massenverteilung und die
Feuchteverteilung zugeführt werden. Unter Berücksichtigung
all dieser Werte stellt der Regler R die Druckkraft P ein.
Es versteht sich, daß bei über die Länge des Wickels
verteilt angeordneten Sensoren der Regler R für die
einzelnen Abschnitte individuelle Stellsignale an die aus
einzelnen Abschnitten bestehende Druckwalze 3 liefert.
Die Beeinflussung der Wickelhärte ist nicht nur über die
Druckwalze 3, sondern auch über andere Einflußgrößen, wie
Voreilung der angetriebenen Tragwalzen 1, 2, und die
Geometrie der gesamten Vorrichtung möglich.
Claims (7)
1. Meßeinrichtung für die Druckzonenbreite und/oder
Flächenpressung zwischen einem Wickel einer
Materialbahn und einer gegen den Wickel gedrückten
Walze, insbesondere einer Stütz-, Trag- oder
Druckwalze, gekennzeichnet durch
mindestens einen im Mantel der Walze (2)
angeordneten Sensor (6), der in einer Zeitphase
Δ t, in der der Abstand zum Wickel (4) unter oder
über einem Grenzwert liegt, ein Signal Δ t an ein
Auswertgerät (A) liefert, das aus diesem Signal
Δ t und einem von einem Geschwindigkeitsmesser
gelieferten Signal (v) und weiterer Signale, wie
dem Radius (r), dem Gewicht (G) und der Länge (l)
des Wickels (4), dem spezifischen Materialbahngewicht
und der Geometrie der Wickelvorrichtung
die Druckzonenbreite des Wickels (4) ermittelt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
aus der Druckzonenbreite und weiteren materialbahnabhängigen
Größen die Flächenpressung und/oder die
Wickelhärte und/oder die Materialbahndehnung und/
oder die Materialbahnspannung und/oder die
spezifische Dichte der Wickellagen bzw. des Wickels
ermittelt wird bzw. werden.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Mantel der Walze (2) über deren Länge verteilt
mehrere Sensoren (6) angeordnet sind.
4. Verfahren zum Wickeln einer Materialbahn auf einer
Wickelvorrichtung, die insbesondere aus Trag- oder
Stützwalzen und gegebenenfalls Druckwalzen besteht,
unter Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Abhängigkeit von der beim Wickeln ermittelten
Druckzonenbreite und/oder einer anderen daraus
ermittelten charakteristischen Größe des Wickels,
wie Flächenpressung und dgl. zumindest ein Teil
der die Wickelhärten bestimmenden Parameter, wie
die Geometrie der Wickelvorrichtung, die Voreilung
der Walzen, der Materialbahnzug und/oder der auf den
Wickel ausgeübte Druck nach einem Programm geregelt
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
beim Regeln der Wickelhärte materialbahnabhängige
Korrekturgrößen, wie das Materialbahnprofil, die
Massenverteilung und die Feuchteverteilung
berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
über die Länge der den oder die Wickel tragenden
Tragwalze oder stützenden Stützwalze die Druckzonenbreite
des Wickels oder der Wickel abschnittweise
erfaßt wird und die Beeinflussung der Wickelhärte
individuell für die Wickelabschnitte erfolgt.
7. Regeleinrichtung für die Wickelhärte einer auf
einer Wickelvorrichtung zu wickelnder Materialbahn
unter Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß,
der Regler (R), der von der Meßeinrichtung (A) den
Istwert für die Wickelhärte erhält, nach einem
Sollwertprogramm für die Wickelhärte ein
Stellsignal an ein Stellglied von mindestens einem
Teil der Wickelvorrichtung (1, 2, 3) liefert, mit dem
die Wickelhärte beeinflußbar ist.
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