DE3905386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Preßkraft einer Durchbiegungseinstellwalze mit einem um einen feststehenden Träger rotierbaren und gegen diesen in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vor­ gesehenen Zonen mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Preßrichtung und mit bestimmter Zonenpreßkraft abgestützten Walzenmantel, wobei in wenigstens einer Zone zusätzlich entgegengesetzt zur Preßrichtung wirkende hydraulische Stützelemente vor­ gesehen sind, wobei die Zonenpreßkraft der Stützele­ mente durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wo­ bei die Steuerung der gesamten Preßkraft der Durchbie­ gungseinstellwalze dadurch erfolgt, daß die hydrauli­ schen Drücke der einzelnen Zonen simultan gemäß wenig­ stens angenähert linearer Funktionen mit für die einzelnen Zonen vorgegebenen Koeffizienten geändert werden, sowie eine Anordnung zur Anwendung des Verfah­ rens.

Eine derartige Steuerung von Durchbiegungseinstellwal­ zen ist beispielsweise aus der US 45 02 312 bekannt. Hiermit wurde es möglich, bei Zusammenwirken einer Durchbiegungseinstellwalze mit einer Gegenwalze bei unterschiedlichen Biegeeigenschaften des Mantels der Durchbiegungseinstellwalze und der Gegenwalze mit einem einzigen Steuersignal x und individuellen Steuerum­ setzern für die einzelnen Zonen der Durchbiegungsein­ stellwalze die gesamte von der Durchbiegungseinstell­ walze auf die Gegenwalze ausgeübte Preßkraft bzw. die mittlere Linienkraft zu variieren, wobei jedoch das Preßkraft-Profil über die Walzenbreite, beispielsweise eine gleichförmige Linienkraft über die Walzenbreite bzw. gleiche Zonenpreßkräfte für alle Zonen aufrecht­ erhalten bleiben, indem die Steuerumsetzer den hydrau­ lischen Druck für die einzelnen Zonen i gemäß wenig­ stens angenähert linearer Funktionen der Form y_i= a_ix+b_i steuern. Die Koeffizienten a_i und b_i sind dabei durch die unterschiedlichen Biegeeigenschaften des Man­ tels der Durchbiegungseinstellwalze und der Gegenwalze vorgegeben und sind in der Regel für die einzelnen Zo­ nen i unterschiedlich. Die Werte dieser Koeffizienten a_i und b_i können je nach den unterschiedlichen Biegeei­ genschaften der beiden Walzen stark variieren und zum Teil auch negativ sein.

Beispielsweise werden im angenommenen Falle einer völ­ lig starren und unverformbaren Gegenwalze die Koeffizi­ enten b_i für alle Zonen der Durchbiegungseinstellwalze relativ klein sein und sämtliche Koefizienten a_i posi­ tiv. Im anderen Extremfalle einer im Vergleich zum Man­ tel der Durchbiegungseinstellwalze weicheren und leich­ ter verformbaren Gegenwalze müssen jedoch die Koeffizi­ enten a_i der Randzonen der Durchbiegungseinstellwalze negativ vorgegeben werden, während für die mittleren Zonen positive Koeffizienten a_i gewählt werden müssen. Dies geht so weit, daß bei Erhöhung der gesamten Preßkraft oder der mittleren Linienkraft über ein bestimmtes Maß in den Randzonen der Durchbiegungsein­ stellwalze eine negative Preßkraft erforderlich wird, um eine über die Breite gleichförmige Linienkraft oder ein gewünschtes Linienkraftprofil aufrechtzuerhalten. Dazu sind bei bekannten Durchbiegungseinstellwalzen zumindest im Randbereich entgegen der Preßrichtung wirkende Stützelemente vorgesehen, welche die negativen Preßkräfte erzeugen können.

Die Notwendigkeit, in gewissen Zonen eine negative Preßkraft zu erzeugen, verursacht bei der praktischen Verwirklichung einer hydraulischen Steuerung der Stütz­ elemente jedoch Probleme. Gewöhnlich erfolgt die Steue­ rung der hydraulischen Stützelemente von Durchbiegungs­ einstellwalzen mittels Regelventilen. Dabei wird der Druck der Stützelemente mittels eines externen Steuer­ signales graduell in Abhängigkeit vom Signal gesteuert. In einer Zone, in welcher im vorgesehenen Einstellbe­ reich der gesamten Preßkraft die Zonenpreßkraft von positiven Werten einen Nullpunkt durchschreitet und zu negativen Werten wechselt, bereitet eine exakte lineare Steuerung entlang einer Geraden jedoch Schwierigkeiten, da die Steuerventile für die in Preßrichtung wirkenden positiven Stützelemente mit den Steuerventilen für die in Gegenrichtung wirkenden negativen Stützelemente be­ züglich der Umschaltzeitpunkte genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine Überdeckung, oder eine Lücke zu vermeiden. Dies erfordert einen erheblichen technischen Aufwand. Bei getrennten Steuerventilen kann es zudem bei fehlerhafter Funktion oder Ansteuerung vorkommen, daß beide Ventile Druck erhalten, wodurch gewisse Komponenten wie z.B. der Walzenmantel unzuläs­ sig beansprucht und überlastet werden können.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Lösung dieses Pro­ blems die positiven und die negativen Stützelemente der betreffenden Zonen gleichzeitig mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen und sowohl für die positiven als auch für die negativen Stützelemente getrennte Steuerungen vorzusehen. Dabei sind die Kennlinien der beiden Steuerungen so gewählt, daß sie innerhalb des vorgese­ henen Einstellbereiches für die gesamte Preßkraft das Vorzeichen nicht wechseln, d.h. für beide Stützelemente höchstens bis auf Null absinken, bzw. frühestens bei Null beginnen, wobei die resultierende Kraft die ge­ wünschte Kennlinie für die betreffende Zone ergibt, welche vom positiven Bereich durch einen Nullpunkt in den negativen Bereich wechselt, wie später an Hand von Fig. 2 erläutert. Dies bedeutet jedoch, daß für die Stützelemente ein größerer hydraulischer Druck erfor­ derlich ist, als bei Ansteuerung von nur in einer Rich­ tung wirkenden Stützelementen, mit der Folge einer er­ höhten mechanischen Belastung durch entgegengesetzte Krafteinflüsse, und daß ein erhöhter Steueraufwand, ein größerer Druckmittelverbrauch und ein erhöhter Energieaufwand erforderlich ist.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend angeführten Nachteile des Standes der Technik zu besei­ tigen und eine Steuerung für eine Durchbiegungsein­ stellwalze der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine Variation der gesamten Preßkraft oder der mittleren Linienkraft in einem größeren Einstell­ bereich durch Steuerung des hydraulischen Druckes in bestimmten Zonen mit negativer Kennlinie mit geringerem Aufwand an Steuerungseinrichtungen und Energie, sowie verminderter mechanischer Belastung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der hydraulische Druck in einer Zone bei Erreichen des Nullpunktes von einem Stützelement auf ein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung in derselben Zone mittels eines einzigen Steuerventiles umgeschaltet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Um­ schaltung mittels eines Mehrwegeventils in der Art, daß praktisch immer nur ein Stützelement in einer Preßrichtung beaufschlagt ist und das entgegengesetzt wirkende Stützelement unwirksam ist. Dabei kann eine gewisse positive oder negative Überdeckung im Rahmen der üblichen Toleranzen zulässig sein, solange keine unzulässige Verformung oder Beschädigung durch den in diesen Kennlinienbereich geringen Druck eintreten kann.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiele und Schemata näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer zonenweise steuerbaren Durchbiegungseinstellwalze,

Fig. 2 Kennlinien der einzelnen Zonen dieser Durchbie­ gungseinstellwalze und

Fig. 3 ein Mehrwegdosierventil.

In Fig. 1 ist eine Walzvorrichtung dargestellt, bei der eine Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer konventio­ nellen Gegenwalze 2 zusammenwirkt und auf eine zwischen den beiden Walze 1, 2 hindurchgeführte Warenbahn, bei­ spielsweise eine Papier-, Pappen-, Faserstoff-, oder Metallbahn eine Preßkraft ausübt.

Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen festste­ henden Träger 3 auf, der zusammen mit den Zapfen 4 der Gegenwalze in einem nicht dargestellten Gerüst gelagert ist, sowie einen um den Träger 3 rotierbaren Walzenman­ tel 5, der gegenüber dem Träger 3 mittels einer Anzahl von Zonen z1, z2, . . . z6 von hydraulisch steuerbaren Stützelementen abgestützt ist. Die Anzahl i der Zonen sollte mindestens drei betragen, wird in der Regel je­ doch wesentlich größer gewählt, je nach gewünschter Feinheit der Steuerung, bzw. der Anzahl der Regelpunk­ te. In der Figur sind der Einfachheit halber lediglich 6 Zonen dargestellt. Die einzelnen Zonen z1 . . . z6 kön­ nen jeweils ein einziges Stützelement enthalten, oder aber auch mehrere zu einer gemeinsam steuerbaren Gruppe zusammengefaßte Stützelemente.

Die einzelnen Stützele­ mente können, wie beispielsweise in US 38 02 044 be­ schrieben, als hydrostatische Stützelemente mit hydro­ statischer Lagerfläche ausgebildet sein, oder in ande­ rer geeigneter Art, beispielsweise mit hydrodynamischer Lagerfläche oder als andersartige Stützelemente, deren Preßkraft mittels des Druckes eines hydraulischen Druckmittels steuerbar ist.

Zusätzlich zu den in Preßrichtung P, d.h. in Richtung auf die Gegenwalze 2 wirkenden Zonen z1 . . . z6 von hy­ draulisch steuerbaren Stützelementen, sind bei wenig­ stens einigen der Zonen in der der Preßrichtung P ent­ gegengesetzten Richtung C zusätzliche Zonen c1 und c6 von Stützelementen vorgesehen, die auf den Walzenmantel 5 Kräfte auszuüben vermögen, welche den Preßkräften der zugehörigen Zonen z1 und z6 entgegenwirken. Sol­ che Gegenstützelemente können jedoch nicht nur, wie in der Figur dargestellt, in den Randzonen vorgesehen sein, sondern auch in anderen Zonen oder über die gesamte Walzenbreite, je nach den Unterschieden der Biegeeigenschaften des Walzenmantels 5 und der Gegen­ walze 2. Die Anzahl der Preß-Stützelemente und die Gegenstützelemente in zugeordneten Zonen, z.B. z1 und c1, kann dabei gleich sein, oder bei Bedarf auch ver­ schieden gewählt sein, so daß die Kennlinie im Nullpunkt leicht geknickt erscheint.

Die Stützelemente der einzelnen Zonen z1 . . . z6, sowie c1 und c6 sind getrennt über nicht dargestellte Leitun­ gen mit einem hydraulischen Druckmittel variablen Druckes ansteuerbar, wie beispielsweise aus US 38 02 044 ersichtlich. Dazu ist für jede der Zonen z1 . . . z6 sowie für die beiden Gegenzonen c1 und c6 je ein Dosierventil vorgesehen, mit welchem der Druck des hydraulischen Druckmittels und damit die Preßkraft der Stützelemente bzw. der Zonen getrennt voneinander ein­ gestellt werden kann. Im Falle von hydrostatischen Stützelementen sind diese Ventile zweckmäßigerweise als Proportionalventile ausgebildet, mit denen sich der Volumenstrom des Druckmittels und damit der Druck im Druckraum des Stützelementes graduell einstellen läßt. Die Steuerventile können außerhalb der Walze angeord­ net sein, oder wie in US 39 32 921 offenbart, im Träger 3 an den Anschlußstellen zu den einzelnen Zonen z1 . . . z6.

Die Steuerung der einzelnen Zonenventile erfolgt, wie in US 45 02 312 offenbart, über Steuerumsetzer, die den einzelnen Zonenventilen zugeordnet sind. Diese werden von einem gemeinsamen Steuersignal X für die gewünschte mittlere Linienkraft x angesteuert. Die Steuerumsetzer liefern für die einzelnen Zonensteuerventile Steuersig­ nale y_i für den einzustellenden Druck, welche wenig­ stens angenähert eine lineare Funktion des Stellsigna­ les x sind: y_i=a_ix+b_i. Die Koeffizienten a_i und b_i für die einzelnen Zonen werden entsprechend den Biege­ eigenschaften des Walzenmantels 5 und der Gegenwalze 2 so vorgegeben, daß sich für alle einzustellenden Preßkräfte x ein gewünschtes Linienkraftprofil über die Breite der Walzen, beispielsweise eine gleichförmi­ ge Preßkraft in allen Zonen z1 . . . z6 ergibt. Auf die­ se Weise läßt sich erreichen, daß auch bei Zusammen­ wirken von Walzen sehr unterschiedlicher Biegeeigen­ schaften bei einer Veränderung der gesamten Preßkraft in einem weiten Bereich eine gleichförmige Linienkraft über die Breite erhalten bleibt, ohne daß eine indivi­ duelle Nachstellung der einzelnen Zonen erforderlich ist.

Da in der Regel die Biegeeigenschaften der Gegenwalze 2 und des Walzenmantels 5 unterschiedlich sein werden, ergeben sich für die einzustellenden Koeffizienten a_i und b_i der einzelnen Zonen auch unterschiedliche und voneinander abweichende Werte. In der Regel ist die Steuerkennlinie keine Proportional-Kennlinie, d.h. die Koeffizienten b_i sind bei unterschiedlichen Walzenei­ genschaften in der Regel von Null verschieden. Im Extremfall, beispielsweise bei besonders weichen Gegen­ walzen, im Vergleich zum Mantel der Durchbiegungsein­ stellwalze, können auch negative Kennlinien mit negati­ ven Koeffizienten a_i erforderlich sein, beispielsweise in den Randzonen z1 und z6.

Es sei bemerkt, daß die Koeffizienten a_i und b_i Kon­ stanten sein können, die Kennlinien als exakte Geraden darstellen, oder aber in gewissem Maße von x abhängen können, wobei die Kennlinien nicht mehr exakt linear sind.

In Fig. 2 ist für eine 6-zonige Durchbiegungseinstell­ walze das Kennlinienfeld in einem solchen Fall darge­ stellt. Auf der Abszisse ist die Preßkraft, bzw. die mittlere Linienkraft x aufgetragen, und auf der Ordina­ te der sich durch die einzelnen Steuerumsetzer ergeben­ de hydraulische Druck y_i für die einzelnen Zonen. Die Kennlinien haben sämtlich angenähert die Form von Gera­ den, d.h. die Zonendrücke sind nahezu lineare Funktio­ nen der mittleren Linienkraft x. Dabei haben die Kenn­ linien f₃ für die mittleren Zonen z3 und z4 sowie f₂ für die benachbarten Zonen z2 und z5 eine positive Steigung, d.h. die Koeffizienten a_i sind für diese Zo­ nen positiv. In den Randzonen z1 und z6 hat dagegen in dem dargestellten Beispiel die erforderliche Steuerkennlinie f₁ eine negative Neigung, d.h. die Koeffizienten a₁ und a₆ sind negativ. D.h. für die Randzonen muß bei einer Steigerung der gesamten Preß­ kraft die Zonenkraft herabgesetzt werden, um eine gleichmäßige Linienkraft über die Breite aufrechtzuer­ halten. Oberhalb einer bestimmten mittleren Linien­ kraft, im Beispiel etwa 60 N/mm, ist sogar eine negati­ ve Zonenkraft erforderlich. Zur Erreichung dieser nega­ tiven Zonenkräfte dienen die in den Randzonen vorgese­ henen, in Gegenrichtung C wirkenden Stützelemente c1 und c6.

Mit Hilfe dieser Gegenstützelemente kann die erforder­ liche, den Nullpunkt durchschreitende Kennlinie bei­ spielsweise dadurch erreicht werden, daß im positiven Teil f₁ die Stützelemente z1 und z6 mit Druck beauf­ schlagt werden, im negativen Bereich der Kennlinie f₁ jedoch die Gegenstützelemente c1 und c6. Hierfür ist jedoch je ein Steuerventil für die entgegengesetzt wir­ kenden Stützelemente, beispielsweise z1 und c1 vorzuse­ hen und die beiden Steuerventile sind exakt aufeinander abzustimmen. Es ist also ein hoher Aufwand und eine exakte Einstellung erforderlich, was in der Praxis häu­ fig Schwierigkeiten macht.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist bereits vor­ geschlagen worden, die Beaufschlagung der Stützelemente und der entsprechenden Gegenstützelemente nicht durch eine Umschaltung von den Ventilen der einen zu den Ven­ tilen der anderen Stützelemente im Nullpunkt vorzuneh­ men, sondern die beiden Stützelemente im gesamten Einstellbereich stets gleichzeitig mit Druck zu beauf­ schlagen, so daß die Stützelemente im gesamten Einstellbereich eine bis auf Null abfallende positive Preßkraft ausüben und gleichzeitig die Gegenstützele­ mente eine bei Null beginnende, stetig ansteigende ne­ gative Stützkraft. Im Kennlinienbild sind derartige Steuerkennlinien durch die Geraden f₁⁺ und f₁⁻ darge­ stellt. Es ist ersichtlich, daß sich durch eine Addi­ tion der beiden Kennlinien und damit der beiden Drücke gerade die erforderliche resultierende Kennlinie f₁ bzw. f₁ ^′ in den Randzonen ergibt. Als Nachteil ergibt sich hier jedoch, daß die Beanspruchung des Mantels 5 in den Randzonen höher ist als es die Kennlinie eigent­ lich erforderte. Der Steueraufwand ist verdoppelt, und es ist ein erhöhter Energieaufwand und Druckmittelver­ brauch erforderlich.

Dieser Nachteil wurde nun dadurch beseitigt, daß als Steuerventile geeignete handelsübliche Mehrwege-Propor­ tionalventile in den entsprechenden Zonen verwendet werden. Solche Ventile schalten bei Nulldurchgang des Steuersignales automatisch den Durchfluß auf einer Leitung ab und geben den Durchfluß durch eine andere Leitung frei. Fig. 3 zeigt ein solches Mehrwege-Pro­ portionalventil schematisch in Normdarstellung.

Bei Verwendung eines solchen Ventiles wird dieses so angeschlossen, daß im positiven Bereich f₁ der Kennli­ nie die Druckleitung A für die Stützelemente beispiels­ weise der Zone z1 freigegeben und proportional dem Druck gesteuert wird, bei Nulldurchgang jedoch das Ven­ til auf die Leitung B für die Gegenstützelemente c1 umschaltet und diese proportional ansteigend mit Druck­ mittel versorgt, wie in der Geraden f₁ ^′′ gezeigt, wobei die Stützelelemte z1 drucklos und unwirksam sind. Der Anschluß P ist an die Druckleitung der Pumpe und der Anschluß T an die Rückführung zu einem Tank angeschlossen. Insgesamt ergibt sich durch Verwendung derartiger Steuerventile also im gesamten Einstellbe­ reich der Preßkraft bzw. mittleren Linienkraft x die erforderliche lineare Steuerkennlinie mit Nulldurchgang mit geringerem Aufwand an Ventilen und mit geringerem Energie- und Druckmittelverbrauch.

Claims (2)

1. Verfahren zum Steuern der Preßkraft einer Durchbie­ gungseinstellwalze (1) mit einem um einen festste­ henden Träger (3) rotierenden und in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen (z1 . . . z6) mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Preßrichtung (P) mit einer bestimmten Zonenpreßkraft abgestützten Walzenmantel (5), wobei in wenigstens einer Zone (z1, z6) zusätzlich entge­ gengesetzt zur Preßrichtung (P) wirkende hydrauli­ sche Stützelemente (c1, c6) vorgesehen sind, wobei die Zonenpreßkraft der Stützelemente durch hydrau­ lischen Druck steuerbar ist, und wobei die Steuerung der Gesamtpreßkraft (x) der Durchbiegungseinstell­ walze dadurch erfolgt, daß die hydraulischen Drücke (y_i) der einzelnen Zonen simultan gemäß wenigsten angenähert linearer Funktionen (y_i=a_ix+b_i) mit für die einzelnen Zonen (i) vorgegebenen Koeffizien­ ten (a_i, b_i) geändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druck in einer Zone bei Errei­ chen des Nullpunktes von einem Stützelement (z1, z6) auf ein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung (c) in derselben Zone mittels eines einzigen Steuer­ ventiles umgeschaltet wird.

2. Anordnung zum Steuern der Preßkraft einer Durchbie­ gungseinstellwalze (1) mit einem um einen festste­ henden Träger (3) rotierenden und in mehreren in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen (z1 . . . z6) mittels hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Preßrichtung (P) mit einer bestimmten Zonenpreßkraft abgestützten Walzenmantel (5), wobei in wenigstens einer Zone (z1, z6) zusätzlich entge­ gengesetzt zur Preßrichtung (P) wirkende hydrauli­ sche Stützelemente (c1, c6) vorgesehen sind, wobei die Zonenpreßkraft der Stützelemente durch hydrau­ lischen Druck steuerbar ist, und wobei Steuerumset­ zer vorzusehen sind, die in Abhängigkeit von der Gesamtpreßkraft (x) der Durchbiegungseinstellwalze die hydraulischen Drücke (y_i) der einzelnen Zonen simultan gemäß wenigstens angenähert linearer Funk­ tionen (y_i=a_ix+b_i) mit für die einzelnen Zonen (i) vorgegebenen Koeffizienten (a_i, b_i) steuern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der hydraulischen Drücke (y_i) wenigstens in einer Zone ein Mehrwege-Proportionalventil (V) vorgesehen ist, welches derart angeschlossen ist, daß der hydrauli­ sche Druck in dieser Zone (z1, z6) bei Erreichen des Nullpunktes von einem Stützelement auf ein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung (C) in derselben Zone umgeschaltet wird.