DE69304510T2

DE69304510T2 - Gelenkig gelagertes andruckrollensystem und verfahren hierfür

Info

Publication number: DE69304510T2
Application number: DE69304510T
Authority: DE
Inventors: Donald C. Chatham Ny 12037 Fitzpatrick; Kenneth G. South Egremont Ma 01258 Frye; Donald Great Barrington Ma 01230 Gangemi; Alexis Becket Ma 01223 Olshansky
Original assignee: Beloit Technologies Inc
Current assignee: Beloit Technologies Inc
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: DE69304510D1; JP2535727B2; JPH06510976A; US5320299A; WO1993015009A1; EP0611362B1; CA2128533A1; DE611362T1; MX9300446A; CA2128533C; PL171493B1; TW213888B; BR9305794A; EP0611362A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf das Aufwickeln einer kontinuierlichen Bahn aus einem Material wie Papier, das auf einer Papiermaschine hergestellt wurde. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf die Konstruktion und die Steuerung einer Reiterwalze, um Druck auf eine Papierrolle anzuwenden, die auf einer Wickelvorrichtung aufgewickelt wird. Im besonderen betrifft diese Erfindung ein gegliedertes Reiterwalzensystem, das eine Vielzahl von axial ausgerichteten einzelnen Radelementen umfasst, um eine gesteuerte Klemmkraft gegen die Oberfläche einer Papierrolle, die aufgewickelt wird, anzuwenden, indem die Bewegung eines Balkens, an dem die Radelemente montiert sind und gegen welchen sie vorbelastet sind, und die Kraft der Klemmlast gesteuert werden, beide in Funktion des Durchmessers der Papierrolle.

BESCHREIBUNG DES BEKANNTEN STANDES DER TECHNIK

Reiterwalzen zum Stabilisieren und Steuern der Aufwickeispannung der Papierbahn bei einer Wickelvorrichtung wurden beinahe seit der Erfindung der Wickelvorrichtung selbst verwendet. Die Dynamik einer zu einer gewickelten Papierrolle, die 30 Fuss lang sein kann und einen Durchmesser von 6 Fuss haben kann, ankommenden Papierbahn erfordert eine vorsichtige Stützung und ein vorsichtiges Anpressen, um die Spannung der aufgewickelten Papierbahn auf einem gewünschten Niveau bei verschiedenen radialen Distanzen des Durchmessers der aufgewickelten Rolle beizubehalten. Die Klemm-Mechanik wurde als eine Belastung erzeugende Vorrichtung definiert, welche die Spannung der Papierbahn in den äusseren Schichten einer Papierrolle über die ungewickelte Stillstandspannung hinaus erhöht.
Die Spannung in der Papierbahn beim Walzenspalt der Reiterwalze steuert das relative Gleiten zwischen den paar ersten Papierschichten. Nachdem die Papierbahn mit mehreren Schichten von ankommendem Papier überdeckt wurde, hat die Aufwickelspannung an der Oberfläche eine Wirkung auf das zuvor aufgewickelte Papier, deshalb ist es wichtig, dass die ursprüngliche Aufwickelspannung gesteuert wird und entsprechend dem Durchmesser der Rolle in jedem Stadium ihrer Entwicklung korrigiert wird.
Ältere Konfigurationen von Reiterwalzen umfassten eine ununterbrochene Metallwalze, die sich über die gesamte Arbeitsbreite einer Wickelvorrichtung erstreckte, welche im wesentlichen der Länge der aufgewickelten Papierrolle entspricht. Als die Geschwindigkeiten der Wickelvorrichtungen anwuchsen und als die Länge der aufgewickelten Papierrolle zunahm, wurden Verbesserungen bei der durch die Reiterwalze bereitgestellten Stützung gemacht, indem die Reiterwalze pneumatisch gegen die gewickelte Papierrolle vorbelastet wurde (Printz et al., U.S. Patent Nr. 3 237 877), und indem die Reiterwalze in Segmenten ausgebildet wurde, die sich in axialer Richtung quer über die Breite der Wickelvorrichtung erstreckten, so dass die Enden der einzelnen Segmente separat belastet werder konnten, um der Kontur der Papierrolle zu folgen, die aufgewickelt wurde (Dörfel, U.S. Patent Nr. 3 648 342 und Snygg et al., U.S. Patent Nr. 4 095 755). Auch die Verwendung von aufblasbaren Stützwalzen und Reiterwalzen bei einer Wickelvorrichtung ist bekannt (Frye et al., U.S. Patent Nr. 4 541 585), zum Zwecke der Verteilung der Kräfte, welche die gewickelte Papierrolle stützen, über einen breiteren Bereich, um ein zerquetschen der Papierbahn zu verhindern und um die Aufwickelspannung gleichmässiger zu verteilen.
DE 36 27 463 aus dem bekannten Stand der Technik offenbart eine Vorrichtung, um den Berührungsdruck gegen oder die Distanz einer Berührungswalze von einer aufgewickelten Haspel zu regulieren. Die Berührungswalze wird radial gestützt auf dem Durchmesser der aufgewickelten Haspel geführt und mittels eines Servomessgerätes angepasst. Die Vorrichtung ist mit einer Positionsmessvorrichtung, um die Position der Berührungswalze messen zu können, und einem Computer ausgerüstet, welcher für eine Positioniereinrichtung die Korrekturvariable für die Berührungswalze gemäss einer Standardfunktion vorbestimmt.
Im Dokument DE 21 47 673 aus dem bekannten Stand der Technik umfasst eine Vorrichtung zum Aufwickeln eine Vielzahl von axial ausgerichteten Belastungsrollen, welche die Kontur der Bahnrolle, die aufgewickelt wird, messen und in Verbindung mit dem Durchmesser der aufgewickelten Bahnrolle wirken, indem sie die Ablenkung der Stützwalzen steuern, um die Kontur der aufgewickelten Bahnrolle zu ändern.
Alle diese Vorrichtungen liefern eine gewisse Verbesserung beim Stützen und bei der Verteilung der Kräfte, die durch die Reiterwalze entgegen die Oberfläche der aufgewickelten Papierrolle entlang ihrer Länge bereit gestellt werden. Alle diese Systeme nach dem bekannten Stand der Technik haben jedoch einen gemeinsamen strukturellen und betrieblichen Mangel, indem die Kräfte, die sie durch die Reiterwalze entgegen der aufgewickelten Papierrolle bereit stellen, in ihrer Intensität über die Breite der Maschine aufgrund der Variationen im Papierprofil quer zur Maschinenrichtung variieren.
Als Folge der variablen Klemmkraft, mit welcher die Reiterwalze in Vorrichtungen nach dem bekannten Stand der Technik an der Oberfläche der aufgewickelten Papierrolle anliegt, und in Anbetracht davon, dass der lokale Durchmesser der gewickelten Rolle an verschiedenen Orten entlang der Länge der Rolle aufgrund von Variationen in der Dicke der Papierbahn variiert, werden durch hohe lokale Klemmbelastungen, wo der Durchmesser der gewickelten Rolle geringfügig grösser ist als der Durchmesser der Rolle an einem Ort eine kurze Distanz entlang der Längsachse der gewickelten Rolle weg, Rollendefekte verursacht oder verschlimmert. Somit tragen lokale Variationen im Durchmesser der gewickelten Rolle, welche selbst schon unerwünscht sind, zu anderen Defekten bei, wie Variationen in der Aufwickelspannung der Papierbahn, indem ein kontinuierlicher, gleichförmiger Kontakt von anderen Orten, die nahe entlang der Länge der Oberfläche der gewickelten Rolle angeordnet sind, mit der Reiterwalze verhindert wird, welche von den relativ tieferen Oberflächenbereichen der gewickelten Papierrolle durch ihren Kontakt mit den relativ höheren Oberflächenbereichen über den Punkten mit geringfügig grösseren lokalen Durchmessern auf der gewickelten Rolle ferngehalten wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Probleme und Mängel der bekannten Reiterwalzensysteme bei Wickelvorrichtungen von Papiermaschinen wurden durch diese Erfindung vermieden. In diesem System umfasst die Reiterwalze eine Vielzahl von gegliederten, axial ausgerichteten, relativ schmalen Radelementen, die einzeln an einem Balken über der Rolle, die gewickelt wird, montiert sind. Jedes der Radelemente hat eine relativ weiche Verkleidung, die aus einer Zusammensetzung aus Elastomer, wie Urethan oder Gummi, besteht. Zusätzlich ist jedes der Radelemente bezüglich dem Balken individuell entgegen einer kurzen Länge der Rollenoberfläche vorbelastet, die der Breite des Radelementes entspricht. Jedes der Radelemente ist gegen die gewickelte Rolle durch einen gleichen Druck aus einem gemeinsamen hydraulischen Verteiler vorbelastet, um eine im wesentlichen gleiche, kontinuierliche Klemmkraft durch die zusammengesetzte Reiterwalze entlang der gesamten Oberfläche der Papierrolle, die gewickelt wird, zu liefern.
Diese Anordnung von gegliederten Reiterwalzen-Radelementen liefert eine kontinuierliche Stützung des Walzenspaltes gegen einen ganzen Satz von axial ausgerichteten gewickelten Rollen mit kurzer Länge, welche gebildet werden, wenn die ankommende Papierbahn längs geschlitzt wurde, um eine Vielzahl von solchen Rollen mit kurzer Länge zu bilden, welche zusammen die zusammengesetzte gewickelte Papierrolle auf der Wickelvorrichtung bilden. Im Falle, dass aufgrund des ungleichmässigen Dickeprofils der Bahn quer zur Maschinenrichtung bei einer oder mehreren der gewickelten Rollen mit kurzer Länge ein Umkippen oder Auskuppeln der Rolle stattfindet oder stattzufinden versucht, halten die individuell vorbelasteten Reiterwalzen-Radelemente, die eine relativ kleine axiale Länge haben, den Kontakt mit jeder dieser gewickelten Rollen mit kleiner Länge bei, um bei allen von ihnen ihre Position gegen die Stützwalze oder die Stützwalzen beizubehalten. Dies unterstützt das Reduzieren von Instabilität aufgrund des Schaukelns der gewickelten Rollen wegen irgend welchen Anregungsfrequenzen beim Betrieb stark.
Bei dieser Erfindung gibt es zwei grundlegende Steuerungsanordnungen -- Einkreissteuerung und Zweikreissteuerung. Beide Anordnungen verwenden Parameter, die durch den Steuerungsalgorithmus, den Einstellpunkt für den Druck und den Einstellpunkt für die Position erzeugt werden.
Ein vordefiniertes Klemmlastprofil wird durch den Steuerungsalgorithmus in Abhängigkeit des Rollendurchmessers berechnet. Die Druckwerte, die den Werten der Durchmesser entlang dieses Profils entsprechen, werden als Einstellpunkte für den instantanen Druck betrachtet.
Die Steuerung überwacht den Rollendurchmesser kontinuierlich, und zu diesem Durchmesser gelangt man, indem die Position des Rotationszentrums der gewickelten Rolle (Position des Spannfutters der Hülse) gemessen wird oder indem die Umdrehungen der gewickelten Rolle und die Umdrehungen der Walze gezählt werden und der Durchmesser der Rolle aus diesen Informationen berechnet wird, oder durch irgend ein anderes Verfahren, das eine annehmbar genaue Information über den Rollendurchmesser liefert. Aus dem Rollendurchmesser berechnet die Steuerung die gewünschte Position des Balkens der Reiterwalze, die als Einstellpunkt der Position bekannt ist.
Beide Einstellpunkte sind variabel und sind Funktionen des Durchmessers der gewickelten Rolle.
Die einzelnen Radelemente sind schwenkbar montiert, um zu ermöglichen, dass sie sich um eine Achse drehen können, die von einer im wesentlichen vertikalen Ebene verschoben ist, in welcher die geradlinige Bewegung der Längsachse der gewickelten Rolle stattfindet. Die Radelemente der Reiterwalze sind mit einem identischen hydraulischen Druck aus ihrem gemeinsamen hydraulischen Verteiler belastet. Dadurch wird eine identische Klemmlast der Reiterwalze gleichmässig entlang der Längsrichtung der Papierrolle, die aufgewickelt wird, angewendet, unabhängig der lokalen Variationen im Durchmesser der gewickelten Rolle, die durch die Variationen in der Dicke der Papierbahn verursacht werden. Weil die einzelnen Radelemente, aus denen die zusammengesetzte Reiterwalze zusammengesetzt ist, mit einem identischen Druck vorbelastet sind, und weil dieser vorbelastende Druck im wesentlichen während dem gesamten bogenförmigen Verschiebungsweg beibehalten wird, welchem entlang sich jedes Radelement bezüglich seinem Befestigungsort am Balken verschieben kann, ist die Klemmkraft, die durch die Radelemente der Reiterwalze entlang der gesamten Längsrichtung der gewickelten Rolle bereit gestellt wird, im wesentlichen konstant, wenn die Schwenkarme, an welchen die Radelemente montiert sind, im wesentlichen rechtwinklig zu einer imaginären Ebene parallel zur Richtung der geradlinigen Bewegung der Drehachse der Papierrolle gehalten werden und es ihnen nicht erlaubt wird, die mechanische Grenze von ihren entsprechenden bogenförmigen Verschiebungsbereichen zu erreichen.
Bei der Anordnung der Einkreissteuerung wird der Balken der Reiterwalze in eine Ausgangsposition über der leeren Hülse gebracht, so dass sich die einzelnen Radelemente der Reiterwalze alle ungefähr in der Mitte ihres Verschiebungsbereichs befinden. Der hydraulische Verteiler wird mit dem Fluid gefüllt und das Ventil wird geschlossen.
Wenn die gewickelte Rolle aufgebaut wird, so wird der hydraulische Druck in einem engen Band um den Einstellpunkt des Druckes herum beibehalten. Dies wird auf die folgende Art und Weise vollbracht.
Wenn sich das Papier auf der gewickelten Rolle aufzubauen beginnt, so wächst der Durchmesser an, was die einzelnen Radelemente nach oben, gegen den Balken hin, zwingt. Wenn sich der Balken nicht bewegt, so wächst der Druck im hydraulischen Verteiler an. Die Steuerung überwacht den hydraulischen Druck kontinuierlich, und wenn der Druck die obere Grenze des Steuerungsbandes erreicht, so bewegt die Steuerung den Balken schrittweise nach oben, bis der hydraulische Druck unter die untere Grenze des Steuerungsbandes fällt. Danach wird der Vorgang wiederholt. In diesem Falle wird der Druck oder die Belastung der Reiterwalze durch das Positionieren des Balkens in der Art eines geschlossenen Regelkreises gesteuert.
Bei der Anordnung der Zweikreissteuerung wird der Balken der Reiterwalze in eine Ausgangsposition über der leeren Hülse gebracht, so dass sich die einzelnen Radelemente der Reiterwalze alle ungefähr in der Mitte ihres Verschiebungsbereichs befinden. Der hydraulische Verteiler wird mit dem Fluid gefüllt und es wird der Druck des Druckeinstellpunktes eingestellt. Das Ventil bleibt offen und der Druck beim Druckeinstellpunkt wird durch eine externe Zufuhreinrichtung aufrecht gehalten. Diese Drucksteuerung kann aus einem offenen oder einem geschlossenen Regelkreis bestehen.
Wenn die gewickelte Rolle aufgebaut wird, so wird die Position des Balkens der Reiterwalze in einem engen Band um den Einstellpunkt der Position herum beibehalten. Dies wird gemacht, indem die Position des Balkens gemessen und mit der berechneten Position des Einstellpunktes verglichen wird. Das resultierende Fehlersignal bewirkt, dass sich der Balken der Reiterwalze schrittweise nach oben bewegt, wobei seine Position bezüglich dem obersten Punkt der gewickelten Rolle beibehalten wird.
Demzufolge stellt diese Erfindung eine kontinuierliche und im wesentlichen konstante Klemmkraft der Reiterwalze entlang der gesamten Oberfläche der Papierrolle, die stetig aufgewickelt wird, bereit, während der Durchmesser der gewickelten Papierrolle anwächst. Wie im vorangehenden Abschnitt beschrieben wurde, wurde die zyklische Belastung der Reiterwalze gegen die Papierrolle innerhalb des Steuerungsbandes bis zu einem Punkt der Bedeutungslosigkeit reduziert. Das Zeitintervall und die Anpassungsdistanz für die Verschiebung des Balkens sind Funktionen der Systemauflösung, und sie werden so klein als möglich gemacht, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Betrieb und eine kontinuierliche Bewegung des Balkens zu liefern.
Die Kraft der Klemmlast der Radelemente wird somit in Funktion des Durchmessers der Papierrolle gesteuert und variiert, welcher seinerseits die Aufwickelspannung der Bahn beeinflusst, die erforderlich ist, um eine Papierrolle aufzuwickeln, die weniger Defekte wie Bersten oder Zerknittern aufweist.
Es ist demzufolge eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Reiterwalzensystem für eine Wickelvorrichtung bereit zu stellen, bei der an einem Balken eine Vielzahl von Radelementen einer Reiterwalze montiert sind, die gegen ihn vorbelastet sind, um eine den Walzenspalt belastende Kraft gegen eine Papierrolle zu liefern, die aufgewickelt wird, wobei die Position des Balkens und die den Walzenspalt belastende Kraft in Funktion des Durchmessers der Papierrolle, die aufgewickelt wird, einstellbar sind.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Reiterwalzensystem für eine Wickelvorrichtung bereit zu stellen, bei welcher der Durchmesser der Papierrolle, die aufgewickelt wird, kontinuierlich überwacht wird, und bei welcher an einem Balken eine Vielzahl von Radelementen einer Reiterwalze montiert sind und gegen die Papierrolle vorbelastet sind, und bei welcher der hydraulische Druck, der die Klemmkraft der Radelemente der Reiterwalze auf die Papierrolle erzeugt, überwacht wird und mit einem vorprogrammierten Profil verglichen wird und in Funktion des Durchmessers der Papierrolle variiert wird.
Es ist nochmals eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Reiterwalzensystem für eine Wickelvorrichtung bereit zu stellen, bei welcher die Klemmkraft der Reiterwalze gegen die Papierrolle, die aufgewickelt wird, durch eine Vielzahl von im wesentlichen axial ausgerichteten Radelementen der Reiterwalze gleichförmig entlang der Oberfläche der Papierrolle bereit gestellt wird, welche mit im wesentlichen dem gleichen hydraulischen Druck vorbelastet werden, um den gewünschten gleichförmigen Vorgang der Klemm-Mechanik bei der Papierrolle zu erzeugen.
Nochmals eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Reiterwalzensystem für eine Wickelvorrichtung bereit zu stellen, bei welcher der Durchmesser der gewickelten Papierrolle kontinuierlich überwacht wird und am Balken der Wickelvorrichtung eine Vielzahl von Radelementen der Reiterwalze montiert sind, die mit dem gleichen hydraulischen Druck betätigt werden, um eine gleichförmige Klemmlast der Reiterwalze über die gewickelte Papierrolle zu liefern, wobei der hydraulische Druck auf die Radelemente der Reiterwalze in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierbahn variiert wird.
Nochmals eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Reiterwalzensystem für eine Wickelvorrichtung bereit zu stellen, bei welcher der Durchmesser der gewickelten Papierrolle kontinuierlich überwacht wird und am Balken der Wickelvorrichtung eine Vielzahl von Radelementen der Reiterwalze montiert sind, die mit einer konstanten Menge eines hydraulischen Fluids und einem konstanten Druck belastet werden, um eine gleichförmige Klemmlast der Reiterwalze über die gewickelte Papierrolle zu liefern, wobei die Klemmlast der Reiterwalze durch die Bewegung des Balkens der Wickelvorrichtung in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierbahn bereit gestellt und variiert wird.
Eine Aufgabe, ein Merkmal und ein Vorteil dieser Erfindung besteht in der Fähigkeit, bei einer Wickelvorrichtung eine im wesentlichen gleiche und kontinuierliche, den Walzenspalt der Reiterwalze belastende, Kraft gegen im wesentlichen die gesamte Länge der Oberfläche der Papierrolle, die aufgewickelt wird, bereit zu stellen, während eine Anpassung an Variationen im Durchmesser der Papierrolle längs entlang ihrer Länge stattfindet.
Eine andere Aufgabe, ein anderes Merkmal und ein anderer Vorteil dieser Erfindung besteht in ihrer Fähigkeit, bei einer Wickelvorrichtung eine im wesentlichen konstante, den Walzenspalt der Reiterwalze belastende, Kraft entlang im wesentlichen der gesamten Länge der Papierrolle, die aufgewickelt wird, bereit zu stellen, und die den Walzenspalt der Reiterwalze belastende Kraft um im wesentlichen den gleichen Betrag entlang der gesamten Länge der aufgewickelten Papierrolle in Funktion des Anwachsens des Durchmessers der gewickelten Papierrolle zu variieren.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für den Fachmann durch das Lesen der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen einfacher erkennbar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Aufrissansicht einer Wickelvorrichtung von vorne, welche den Balken der Reiterwalze und die Vielzahl der Radelemente der Reiterwalze zeigt.
Figur 2 ist eine Aufrissansicht der in der Figur 1 gezeigten Wickelvorrichtung von einem Ende her, welche die schwenkbare Installation eines Radelemenetes der Reiterwalze zeigt.
Figur 3 ist eine schematische Zeichnung eines Einkreissteuerungssystems, bei dem das Ventil 175 des Verteilers der Reiterwalze geschlossen ist und die Klemmlast überwacht und eingestellt wird, indem der Balken bezüglich der gewickelten Papierrolle bewegt wird.
Figur 4 ist eine Aufrissansicht eines Teils des Stützbalkens der Reiterwalze von hinten, welche die hydraulischen Zylinder zum Betätigen der Schwenkbewegung der einzelnen Radelemente der Reiterwalze zeigt.
Figur 5 ist eine Seitenansicht in etwas schematischer Form, welche eine Ausführungsform eines schwenkbaren Radelernentes der Reiterwalze zeigt, bei der eine ein Gegengewicht bildende pneumatische Kammer am Arm angeordnet ist, der die Schwenkbewegung des Radelementes unter dem den Walzenspalt belastenden Druck eines hydraulischen Zylinders betätigt.
Figur 6 ist eine schematische Ansicht einer Wickelvorrichtung mit zwei Walzen vom Ende her, welche ein Laststeuerungssystem zum Überwachen und Steuern der geradlinigen Bewegung des Balkens und zum Überwachen und Steuern des hydraulischen Druckes, der die einzelnen Radelemente belastet, beides in Funktion des Durchmessers der Papierrolle, die aufgewickelt wird, zeigt.
Figur 7 ist eine schematische Zeichnung eines zweikreissteuerungssystems, welches eine Modifikation des Steuerungssystems in der Figur 3 ist, bei dem das Ventil 375 offen bleibt, um die Position und die Bewegung des Stützbalkens sowie den hydraulischen Druck, der die Radelemente der Reiterwalze belastet, zu überwachen und zu steuern, beides in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Bezug auf die Figuren 1 und 2 umfasst eine Wickelvorrichtung, die im allgemeinen mit der Zahl 10 bezeichnet wird, einen Rahmen 12, in welchem ein Paar von horizontal mit einem Zwischenraum angeordneten Walzen 14, 16 um ihre entsprechenden Achsen 18, 20 drehbar in Lagergehäusen montiert ist. Weil jede Seite der Wickelvorrichtung im wesentlich identisch ist, zeigt die Figur 1 nur die Hälfte der Wickelvorrichtung, wobei aber zu verstehen ist, dass die andere Hälfte im wesentlichen identisch ist und die Motoren 15, 17 zum Antreiben der Stützwalzen 14, 16 umfasst. Ein Stützbalken 22 ist für eine geradlinige Bewegung vertikal bezüglich der Papierrolle 24, die aus einer ankommenden endlosen Papierbahn W aufgewickelt wird, während sie auf den zur Drehung angetriebenen Walzen 14, 16 der Wickelvorrichtung gestützt wird, innerhalb des Rahmens der Wickelvorrichtung angeordnet.
Zusätzlich mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 ist eine Reiterwalzenanordnung, die im allgemeinen mit der Zahl 26 bezeichnet wird, wie auch in der Figur 2 gezeigt wird, am Balken über der Papierrolle 24 montiert. Die Reiterwalzenanordnung umfasst eine Vielzahl von einzelnen Rädem 30a, 30b, 30c, 30d usw., die drehbar an entsprechenden einzelnen Schwenkarmen 32a, 32b, 32c, 32d usw. montiert sind, welche schwenkbar an entsprechenden einzelnen Trägern 34a, 34b, 34c, 34d usw. montiert sind, die am Balken montiert sind. Die Radelemente sind betrieblich an den Enden ihrer entsprechenden Schwenkarme angeordnet, so dass in ihrer nominellen Position zwischen den äussersten Positionen ihres Schwenkweges in beiden Richtungen ihre Drehachsen parallel zur Drehachse 36 der gewickelten Papierrolle und in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu ihr ausgerichtet sind. Es ist kein Radelement über einem Schlitz zwischen den Abschnitten der gewickelten Rolle angeordnet. Wenn die gewickelte Papierrolle ein perfekter Zylinder wäre, wie in der Figur 2 gezeigt wird, so wären die einzelnen Drehachsen der einzelnen Radelemente zusammen entlang einer imaginären Drehachse 38 der zusammengesetzten Reiterwalze ausgerichtet, wie in den Figuren 1, 2 und 4 gezeigt wird. Man bemerke, dass die in der Figur 1 gezeigte Achse 40a des Radelementes 30a von der nominellen Drehachse 38 der zusammengesetzten Reiterwalze aufgrund der Tatsache verschoben ist, dass das Radelement 30a um sein Gelenk nach oben gedreht wurde, weil es auf der Oberfläche der gewickelten Papierrolle 24 nicht gestützt wird und durch einen ein Gegengewicht bildenden Kolben 52, welcher in der Figur 2 gezeigt wird, nach oben aus dem Weg geschwenkt wurde.
Das Spannfutter 42 der Hülse, das beide Enden der Papierrolle 24 stützt, wird drehbar in einem Hülsengleiter 28 getragen, wie in der Figur 2 schematisch angezeigt wird, um auf eine Art, die dem Fachmann gut bekannt ist, im Rahmen der Wickelvorrichtung drehbar gestützt und geführt zu werden. Die Art, in welcher in der Wickelvorrichtung die Papierrolle drehbar gestützt und der Stützbalken geradlinig gestützt und bewegt wird, ist nicht ein Teil dieser Erfindung und wird deshalb nicht detailliert beschrieben werden.
Das Gelenk von jedem der einzelnen Radelemente, aus der die zusammengesetzte Reiterwalzenanordnung zusammengesetzt ist, ist im wesentlichen rechtwinklig zu einer imaginären vertikalen Ebene VP angeordnet, die sich durch die Drehachse 36 der gewickelten Papierrolle 24 (Figur 5) hindurch erstreckt. Dies ist dann der Fall, wenn sich das Radelement in seiner mittleren oder gewünschten Betriebsposition zwischen den äussersten Grenzen für die Drehung befindet, die mit +α und -α bezeichnet werden, wobei dies , wie in der Figur 5 gezeigt wird, gleich grosse Winkel von der mittleren Position aus sind, wie sie durch eine imaginäre horizontale Ebene HP in der Figur 5 gezeigt wird. Die Ebene HP, die sich durch die Achse 40 des Rades 30 und das Gelenk 33 des Schwenkarms 32 hindurch erstreckt, ist senkrecht zur Eben VP.
Der Balken erhält durch einen Fluidzylinder ein Gegengewicht. In der Figur 3 wird eine typische Anordnung gezeigt, wo ein Fluidzylinder 144 um ein Paar von Führungsrollen 146, 148 herum durch ein flexibles Kabel oder eine Kette 150 mit der obersten Seite des Balkens verbunden ist.
In Bezug auf die Figur 5 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein pneumatischer Gegengewichtskolben 52a, der stellvertretend für eine Vielzahl Gegengewichtskolben 52a, 52b, 52c usw. ist, am Ende einer Steuerungsstange 54 gegenüber dem Belastungskolben 56a befestigt, der am anderen Ende der Steuerungsstange befestigt ist. Jeder Gegengewichtskolben ist gegen einen entsprechenden Belastungskolben vorbelastet, aber er ist durch entsprechende einzelne Ventile 63a, 63b, 63c usw. einzeln steuerbar. Die Steuerungsstange ist schwenkbar bei 58 am Schwenkarm 32 befestigt. Eine Quelle 60 von Hochdruckluft ist über die Leitung 62 und durch ein Paar von Drosselventilen 64, 66 hindurch, welche die Luft unter vorgegebenen Drücken wie 12 psi in der Leitung 68 vom Ventil 64 und einem höheren Druck von 60 psi durch die Leitung 70 vom Ventil 66 hindurch verteilen, an einem Wahlventil 63 angeschlossen. Das Wahlventil 63 kann dann wahlweise entweder in die Position 63' bewegt werden, wo die stromabwärts liegende Leitung 65a an die Leitung 68 mit tiefem Druck angeschlossen ist, um einen ein Gegengewicht bildenden pneumatischen Druck für den Belastungskolben 56a zu liefern, um ein Gegengewicht zum Gewicht der Radelementanordnung zu liefern, oder das Wahlventil 63 kann in seine andere Position 63" bewegt werden, um den tiefen, ein Gegengewicht bildenden Luftdruck auszuschalten und in der stromabwärts liegenden Leitung 65a zum Kolben 52 einen vergleichsweise höheren Luftdruck einzuführen, um den Schwenkarm 32 im Uhrzeigersinn in eine nicht anliegende oder verriegelte Position hinein zu schwenken, wenn es erwünscht ist, dass diese spezielle Reiterwalzen-Radanordnung nicht in ihrer Betriebsposition ist.
Wenn die Länge in Längsrichtung der Rolle oder des Rollensatzes, der aufgewickelt wird, quer zur Maschinenrichtung schmaler wird, wird die Anzahl der bei der zusammengesetzten Reiterwalze benötigten Radelemente kleiner. In dieser Situation wird das Wahlventil 63 für diejenigen Radelemente, welche die gewickelte Rolle nicht berühren müssen, in die Position mit hohem Druck bewegt. Wenn die Luft mit hohem Druck die Radelemente in eine zurückgezogene Position zwingt, wird ein Teil des hydraulischen Fluids, das die Belastungskolben belastet, nicht benötigt und zu einem Reservoir 74 zurückgeführt, welcher das hydraulische Fluid an den gemeinsamen Verteiler liefert. Dies wird unten in Bezug auf jede der Drucksteuerungs- und Belastungssteuerungsanordnungen detaillierter erklärt werden.
In ähnlicher Weise, und auch mit Bezug auf die Figur 5, kann gemacht werden, dass die Vielzahl von Belastungs-Betätigungskolben 56a, 56b, 56c usw. in Verbindung mit dem Reservoir 74 stehen oder von ihm isoliert sind, indem das Wahlventil 72 für den Verteiler in seine Position 72" respektive 72' gebracht wird. Wenn es erwünscht ist, die einzelnen Radelemente zu belasten, wird das Ventil 72 des Verteilers in die Position 72" bewegt, um das Reservoir 74, welches das hydraulische Fluid enthält, über die Leitung 83 an den Verteiler 76 anzuschliessen, welcher für all die hydraulischen Belastungskolben 56a, 56b, 56c usw. über die Leitungen 73a, 73b, 73c gemeinsam ist, um jeden der Belastungskolben mit einem gleichen hydraulischen Druck zu betätigen, damit eine gleiche Druckkraft gegen jeden der entsprechenden Schwenkarmen 32a, 32b, 32c, 32d usw. der Radelemente angewendet wird, welche ihrerseits um ihre Angelpunkte 33a, 33b, 33c, 33d usw. geschwenkt werden, um entsprechende gleiche, den Walzenspalt belastende, Kräfte entlang ihrer einzelnen Klemmkontaktlinien mit der oberen Oberfläche der Papierrolle, die aufgewickelt wird, zu liefern.
Die in der Figur 5 gezeigte Anordnung der Belastungskolben 56a, 56b, 56c usw. ist beiden Typen von Steuerungssystemen für die Position und die Belastung gemeinsam, wobei die Luftzufuhr 81 der Mühle über die Leitung 77 an einen Luftdruck-Regulator 78 angeschlossen ist. Druckluft, die bei der in den Figuren 3, 6 und 7 gezeigten Vorrichtung mit 103, 203 respektive 303 bezeichnet ist, wird über der Oberfläche des hydraulischen Fluids im Reservoir 74 durch den Regulator 78 über die Leitung 71 beibehalten, um den hydraulischen Druck in den Belastungskolben wie gewünscht zu variieren, was beim Belastungssteuerungssystem gemäss einem Algorithmus geschieht, wie unten detaillierter erklärt werden wird.
Mit Bezug auf die Figur 4 kann gesehen werden, dass die einzelnen Radelemente 30a, 30b, 30c, 30d usw., die in ihrer Breite entlang ihrer im wesentlichen gemeinsam ausgerichteten Drehachsen, in der Figur 4 als 38 der zusammengesetzten Reiterwalze gezeigt, alle relativ schmal sind, eine Schwenkbewegung nach oben oder nach unten ausführen können, um den lokalen Änderungen in der Oberflächenkontur (d.h. Durchmesser) der gewickelten Rolle entlang ihrer Länge zu folgen, die durch Variationen in der Dicke des Papiers verursacht werden, welche während seiner Herstellung erzeugt wurden. Mit gestrichelter Linie wird angezeigt, wie einige der Radelemente 30b, 30c, 30d nach unten geschwenkt sind, um diesen Vorgang darzustellen.
Die drei Steuerungsschemas werden in den Figuren 3, 6 und 7 gezeigt. Entsprechende Elemente in jedem dieser Schemas sind entsprechend numeriert, wobei in der Figur 3 eine 100er Serie, in der Figur 6 eine 200er Serie und in der Figur 7 eine 300er Serie verwendet wird, um zwischen ihnen unterscheiden zu können.
Die Figur 3 stellt ein sogenanntes Einkreis-Steuerungssystem dar, bei dem die Menge des hydraulischen Fluids, die benötigt wird, um die Anzahl der einzelnen Radelemente zu betätigen, aus der die zusammengesetzte Reiterwalze mit einer Länge, die gleich der Länge der aufzuwickelnden Papierrolle ist, besteht, durch ein Ventil 175 und eine hydraulische Leitung 179 hindurch aus einem Reservoir 174 in das System hinein eingeführt wird. Ein Luftdruckregulator 178 hält das Gefälle des Luftdruckes 103 von einer Quelle 181 von Hochdruckluft über eine Luftleitung 177 über das hydraulische Fluid im Reservoir aufrecht, um anfänglich das System genügend zu füllen, damit die aktiven Radelemente zum Mittelpunkt ihres Verschiebungsweges gebracht werden. Anschliessend wird das Ventil 175 im System der Reiterwalze geschlossen. Wenn das Ventil 175 geschlossen ist, so ist das hydraulische System isoliert, wobei sich das hydraulische Fluid im Verteiler 176 bei einem konstanten Volumen befindet. Somit bleibt als einziger Regelkreis die Steuerung der Position des Balkens der Reiterwalze übrig, deshalb der Ausdruck "Einkreissteuerung".
Weiterhin mit Bezug auf die Figur 3 ist irgend eine Einrichtung wie eine Positionsanzeige 180 bei einer bekannten Distanz von einer vorgegebenen Position oder Marke, wie der obersten Fläche 123, am Balken 122 montiert und über eine elektrische Leitung 182 an einen programmierbaren Logikregler (PLC) 184 angeschlossen, die einen Operateur-Schnittstellenterminal (OIT) 186 hat, wo ein Profil der gewünschten Klemmlast, die durch die einzelnen Radelemente geliefert werden soll, aus der die zusammengesetzte Reiterwalze besteht, für einen berechneten Durchmesser der Papierrolle in den PLC programmiert wird. In anderen Worten heisst dies, dass die gewünschte Klemmlast, die erforderlich ist, um die insgesamt beste Rollenqualität zu erzeugen, bei verschiedenen Durchmessern der Papierrolle während dem Aufwickelvorgang variiert. Die Klemmlast ist weder konstant, noch nimmt sie notwendigerweise gleichförmig mit dem anwachsenden Durchmesser der gewickelten Rolle zu. Somit ist das Profil der gewünschten Klemmlast bei verschiedenen Durchmessern der gewickelten Rolle das Resultat von jahrelanger Beobachtung und Erfahrung in Bezug auf die Erfordernisse des Walzenspaltes, um eine Papierrolle zu erhalten, die ein hochqualitatives Blatt über die ganze Rolle hinweg hat. Diese Erfordernisse der Klemmlast variieren mit der Qualität des Papiers, das aufgewickelt wird, und sie werden durch andere Faktoren beeinflusst, wie den endgültigen Durchmesser der gewickelten Papierrolle. Die gewickelte Papierrolle wird in der Wickelvorrichtung an jedem Ende von ihr mit einem Spannfutter 142 für die Hülse gestützt. Die Reiterwalze 130 liegt an die Papierrolle, die aufgewickelt wird, entlang einer im wesentlichen geraden Klemmkontaktlinie N auf der Oberseite der Papierrolle an. Während die Papierrolle aufgewickelt wird und ihr Durchmesser anwächst, erhöht der Klemmdruck der einzelnen gegliederten Radelemente der Reiterwalze, welche wegen ihrem Anschluss au denselben Verteiler 176 und wegen dem geschlossenen Ventil 175 unter dem selben hydraulischen Druck stehen, wegen dem Widerstand des Balkens gegen die Bewegung die Klemmlast gegen die gewickelte Papierrolle. Der Druck-Messwandler 188 zeigt dem PLC über die Leitung 189 den hydraulischen Druck in den Belastungskolben 156 an Dieser Druck kann durch den PLC über die Skala 190 mit der Klemmlast korreliert werden und in eine Ausgabe für das Klemmen über die Leitung 193 auf eine Digitale Messanzeige (DPM) 192 in Pfund pro linearem Inch (PLI) umgewandelt werden.
Beim Betrieb der Einkreissteuerungsanordnung wird die Ausgabe des hydraulischen Druckes durch den Messwandler 188 kontinuierlich über die Leitung 191 mit dem programmierten Profil verglichen. Wenn die anwachsende gewickelte Rolle die Klemmlast und demzufolge den hydraulischen Druck im abgeschlossenen System (d.h., der Verteiler 176 wurde durch das geschlossene Ventil 175 abgeschlossen), wie er durch den Druck-Messwandler 188 gemessen wird, erhöht, wird das Signal mit dem programmierten Profil verglichen, welches eine Funktion des Durchmessers der Rolle ist, der durch irgend eines der beiden zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt wird. Wenn das resultierende Fehlersignal über die annehmbaren Schranken hinaus fällt, wird es über die Leitung 194 zu einem proportionalen Integral-Differential-Regler (PID) 196 übermittelt, welche ihrerseits das Signal über die Leitung 197 an einen Verstärker 198 leitet. Das Verstärkersignal über die Leitung 197 bewirkt, dass ein hydraulisches Servoventil 100 über den Kanal 185 hydraulisches Fluid in einen Gegengewichtszylinder 144 hinein einleitet, welcher das Kabel 150 entweder zurückzieht oder verlängert, um den Balken anzuheben oder abzusenken und somit die Belastung auf die gewickelte Papierrolle zu korrigieren, so dass der hydraulische Druck im Verteiler 176 der Reiterwalze die Klemmlast gegen die gewickelte Papierrolle auf eine gewünschte Kraft reduziert oder erhöht. Dies geht weiter, bis die gewickelte Papierrolle den gewünschten Durchmesser erreicht, wie er durch den PLC berechnet wurde, und der Vorgang angehalten wird. Der Kreis zur Überwachung des hydraulischen Druckes des Belastungskolbens und zur Anpassung der Klemmlast über die Position des Balkens ist kontinuierlich, weil die Rückkopplung durch die Leitungen 182, 189 und 191 hindurch kontinuierlich ist. In dieser Hinsicht ist es wichtig zu bemerken, dass die Signalleitung 182 (Positionsrückkopplung vom Balken der Reiterwalze) keine Rolle für die Steuerung der Belastung der Reiterwalze spielt. Bei dieser Anordnung wird die Klemmlast entlang der Länge der Papierrolle, die aufgewickelt wird, auf einem im wesentlichen konstanten Betrag gehalten, und der konstante Betrag wird variiert, indem der Balken, während der Durchmesser der Papierrolle zunimmt, gemäss dem im PLC programmierten Profil positioniert wird. Mit anderen Worten kann die Klemmlast bei verschiedenen Durchmessern der Papierrolle gemäss dem ausgewählten Profil vergrössert oder verkleinert werden. Der Kreis zum Positionieren des Balkens umfasst die Elemente 123, 180, 182, 186, 191, 194, 196, 197, 198, 100, 185, 144, 146, 150, 148 und 122.
Wenn die Länge quer zur Maschinenrichtung des gewickelten Rollensatzes ändert und entweder länger oder kürzer wird, muss, weil das Ventil 175 geschlossen ist, die überschüssige oder fehlende Menge des im Verteiler 176 benötigten hydraulischen Fluids geändert werden, um zu erlauben, dass die korrekte Anzahl von Radelementen an ihren Mittelpunkten positioniert werden. Dies wird durch die Tatsache verursacht, dass mehr oder weniger hydraulisches Fluid benötigt werden wird, um den Verteiler der Reiterwalze mit entsprechend mehr oder weniger Belastungskolben im Betrieb und ihren zugehörigen Radelementen zu füllen. Der Luftdruck in der Kammer 103 über dem Reservoir wird verwendet, um das System mit hydraulischem Fluid zu füllen, wenn die Anzahl der aktiven Radelemente erhöht wird. Umgekehrt, wenn einige Radelemente und ihre zugehörigen Belastungskolben aus dem Betrieb genommen werden, wenn eine kürzere gewickelte Rolle aufgewickelt werden soll, kann die Luftkammer 103 überschüssiges hydraulisches Fluid aufnehmen, wenn die relevanten Gegengewichtskolben 152 das überschüssige hydraulische Fluid aus den entsprechenden Belastungskolben zurück stossen.
In Bezug auf die Figur 6 wird ein sogenanntes Zweikreissteuerungssystem verwendet, um die Klemmlast der Reiterwalzenanordnung gegen die Papierrolle, die gewickelt wird, in Funktion des Durchmessers der Papierrolle zu steuern. Eine Positionsanzeige 280 ist am Balken 222 befestigt, um den Ort einer Marke oder Oberfläche, wie der obersten Fläche 232 des Balkens, anzuzeigen. Die Positionsanzeige ist über eine Leitung 282 mit dem programmierbaren Logikregler (PLC) 284 verbunden, um es dem PLC zu ermöglichen, die Position des Balkens zu überwachen. Auf ähnliche Art sind die Drehzähler 295 und 299 an die Walze 214 der Wickelvorrichtung respektive an das Spannfutter 242 für die Hülse der Papierrolle angeschlossen, um die Länge des Papiers, das auf die Papierrolle aufgewickelt wird, und die Drehung der Rolle zu überwachen und die Signale über die Leitungen 201 respektive 202 an den PLC zu übermitteln, wo unter Verwendung dieser Informationen der Durchmesser der Papierrolle berechnet wird. Es wird ein Operateur- Schnittstellenterminal (OIT) 286 verwendet, um einer Profilalgorithmus 269 als Funktion der gewünschten Klemmlast in Funktion des Durchmessers der Papierrolle im PLC zu programmieren. Der PLC überwacht den Durchmesser der Papierrolle und die Position des Balkens bezüglich dem Durchmesser der Papierrolle und übermittelt einem proportionalen Integral-Differential-Regler 296, wann die Position des Balkens von der gewünschten Position des Balkens abweicht, wie sie durch den Durchmesser der gewickelten Rolle angezeigt wird. Dieses Signal über die Leitung 294 wird durch den PID verwendet, um einem Verstärker 298 über die Leitung 297 zu signalisieren, ein Signal zu erzeugen, das der Abweichung der Position des Balkens von der gewünschten Position des Balkens entspricht, die im PLC gemäss dem Durchmesser der gewickelten Rolle berechnet wurde, wie oben erklärt wurde. Das Signal vom Verstärker 298 wird durch die Leitung 287 hindurch zu einem hydraulischen Servoventil 200 geleitet, welches den hydraulischen Druck im Kanal 285 entweder erhöht oder erniedrigt, der zu einem Gegengewichtszylinder 244 führt, welcher betrieben wird, um das Kabel 250 entweder zurückzuziehen oder zu verlängern, damit der Balken bezüglich der Papierrolle, die aufgewickelt wird, nach oben oder nach unten bewegt wird.
Der Druck in den Belastungskolben 256, die an einen gemeinsamen Verteiler 276 im hydraulischen Druckkreis angeschlossen sind, wird durch den Druck-Messgeber 288 überwacht, welcher das Signal über die Leitung 289 an den PLC übermittelt, und dessen Signalwert an der digitalen Messanzeige 292 angezeigt wird. Diese Druckinformation wird auch in das Innere des PLC hinein geliefert, um durch den Algorithmus verwendet zu werden, wie durch die Leitung 267 gezeigt wird. In einem Reservoir 274 wird eine Quelle von hydraulischem Fluid für den Verteiler 276 beibehalten, welcher die Belastungskolben, die auf jedes entsprechende einzelne Radelement wirken, mit hydraulischem Fluid unter dem selben Druck versorgt. Ein Regulator 278 ist an eine Quelle 281 von Hochdruckluft angeschlossen und hält eine Luftzufuhr zur Kammer 203 über der Oberfläche des hydraulischen Fluids im Reservoir unter Druck aufrecht. Eine Signalleitung 204 führt vom PLC zu einem Strom/Druck Instrument 205, welches seinerseits über Signale, die durch die Leitung 208 gesendet werden, den Regulator 278 steuert.
Das Einstellpunktsignal zum Strom/Druck Instrument 205 wird durch den Algorithmus im OIT bestimmt, welcher, wie oben erklärt wurde, die zuvor berechnete Information über den Durchmesser der gewickelten Rolle einschliesst, um das Einstellpunktsignal zu erzeugen. Der Algorithmus erzeugt den Einstellpunkt aufgrund von Berechnungen des Durchmessers der gewickelten Rolle, die durch einen Computer im PLC durchgeführt werden. Es gibt eine Rückkopplung vom Druck-Messgeber 288, welcher Signale über die Leitung 204 zum Druckkreis der Reiterwalze durch eine Leitung 289 für den Vergleich mit dem Druck sendet, der einer bestimmten Klemmbelastung der Reiterwalze entspricht, die durch den Algorithmus bereit gestellt wird. Der Druckkreis der Reiterwalze umfasst die Elemente 269, 204, 205, 208, 281, 277, 278, 203, 275, 279, 276, 288, 289, 290 und 267. Das Ventil 275 bleibt offen, und hydraulisches Fluid kann in den Verteiler 276 hinein und aus ihm heraus fliessen, um die Klemmlastkraft der Radelemente der Reiterwalze gegen die gewickelte Rolle zu variieren. Der Druckmesswandler 288 ist über die Leitung 279 mit dem hydraulischen Druck im Verteiler verbunden. Der Messwandler 288 übermittelt die Signale dann über die Leitungen 289, 267 an den PLC 284, um den hydraulischen Druck der Reiterwalze zu steuern.
Beim Betrieb der Zweikreissteuerungsanordnung wird die Distanz des Balkens bezüglich der gewickelten Papierrolle mittels dem kontinuierlichen Vergleich der von der Positionsanzeige 280 und den Berechnungen des Durchmessers der Papierrolle, der über die Signale von den Drebzählern 295, 299 bestimmt wurde, erhaltenen Signale in einem gewünschten Bereich gehalten. Zusätzlich wird die Klemmlast, die durch die Belastungskolben 56a, 56b, 56c, 56d usw. bereit gestellt wird, durch den Einstellpunkt gesteuert, der durch den Algorithmus im OIT 286 der Klemmlast in Funktion des Durchmessers der Papierrolle bestimmt wurde, und ihre Klemmlast wird über das Strom/Druck Instrument 205 gemäss dem Algorithmus nach oben oder nach unten angepasst.
Somit wird bei der Zweikreissteuerungsanordnung die Klemmkraft der Reiterwalze durch den hydraulischen Druck gesteuert, der durch einen Steuerungskreis aufrecht gehalten wird, der entweder offen oder geschlossen sein kann. Der Eingangsalgorithmus definiert einen Einstellpunkt für die Klemmlast der Reiterwalze zu einem beliebig vorgegebenen Zeitpunkt, und dieser Einstellpunkt wird durch den Strom/Druck Konverter in einen hydraulischen Druck übersetzt. Dies würde einen offenen Regelkreis für die Klemmlast darstellen. Wenn ein Messfühler 288 und eine Leitung 289 hinzugefügt werden, durch welche der aktuelle Druck mit dem Druck des Einstellpunktes verglichen werden kann und Korrekturen gemacht werden können, würde dies einen geschlossenes Kreissystem für die Steuerung des Klemmlast darstellen. Danach wird der hydraulische Druck, der für eine gewünschte Klemmlast durch die Radelemente der Reiterwalze erforderlich ist, durch den Eingangsalgorithmus in Funktion der gewünschten Aufwickelspannung bei einem bestimmten Durchmesser der gewickelten Rolle wie gewünscht eingestellt. Die Klemmlast kann deshalb wie gewünscht mit dem Durchmesser der gewickelten Rolle variieren, wobei sie durch den Algorithmus mit oder ohne Rückkopplung, die durch Signale vom Druck-Messwandler geliefert werden, gesteuert wird.
Unabhängig von der angewendeten Klemmlast funktioniert der Kreis für die Position des Balkens, um die Position des Balkens der Reiterwalze bezüglich der obersten Seite der gewickelten Papierrolle aufrecht zu halten, die nötig ist, um die mehreren Elemente beim oder nahe beim Zentrum ihres Verschiebungsbereichs zu halten. Der Kreis für die Position des Balkens umfasst die Elemente 223, 280, 282, 286, 294, 296, 297, 298, 287, 200, 285, 244, 256, 250, 248, 222.
Im Falle, dass mehr oder weniger Belastungskolben 256 in Betrieb genommen oder aus dem Betrieb genommen werden, wie für die Grösse des Rollensatzes, der aufgewickelt wird, erforderlich, wird der Rückzug der Belastungskolben durch die Gegengewichtskolben 252 eine Strömung von hydraulischem Fluid am offenen Ventil 275 vorbei verursachen. Das Reservoir kann somit rasch die Menge des hydraulischen Fluids anpassen, die im Verteiler benötigt wird, um die mittlere Position der schwenkbaren Radelemente der Reiterwalze beizubehalten. Somit sind zwei Regelkreise vorhanden, einer, um die Klemmkraft zu steuern, und der andere, um die Position des Balkens der Reiterwalze zu steuern. Beide Regelkreise können entweder offen oder geschlossen sein.
In Bezug auf das in der Figur 7 gezeigte Steuerungssystem sind die Komponenten und Vorgänge im wesentlichen dieselben, wie diejenigen, die in der Figur 6 gezeigt werden, ausser dass die Position des Spannfutters für die Hülse verwendet wird, um aus einer Positionsanzeige im Spannfutter 342 für die Hülse, das die gewickelte Papierrolle trägt, den Durchmesser der Papierrolle zu berechnen. Dieses Signal wird über die Leitung 307 zum PLC gesendet. Somit wird der Vergleich der Position des Balkens bezüglich dem Durchmesser der Papierrolle aus Signalen über die Leitungen 382 und 307 aufgrund des Ortes des Balkens und des Ortes des Spannfutters 342 für die Hülse beim Zentrum der gewickelten Papierrolle gemacht.
Sowohl das Profil der gewünschten gewickelten Papierrolle in Abhängigkeit der Spannung der Bahn, die in Funktion des Durchmessers der gewickelten Rolle auf die Rolle aufgewickelt wird, als auch der Algorithmus zum variieren der Klemmlast der Reiterwalze in Funktion des Durchmessers der gewickelten Rolle sind vorgesehen, um als programmierte Instruktionen bei der Vorrichtung zu dienen. Sie dienen beide als Führung, um die Klemmlast der gegliederten Radelemente aufgrund des Durchmessers der gewickelten Rolle bei verschiedenen Stufen ihrer Entwicklung zu steuern.
Somit wurde ein gegliedertes Reiterwalzensystem zum Steuern der Klemm-Mechanik, die zum aufwickeln einer sich bewegenden Papierbahn auf eine gewickelte Rolle gehört, offenbart, das die beschriebenen Aufgaben löst und die beschriebenen Merkmale und Vorteile in sich vereinigt. Natürlich können Variationen in der Ausrüstung gemacht werden, ohne vom Rahmen dieser Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. In diesem Zusammenhang sind die gezeigten Ausführungsformen nur Beispiele, und es ist zu verstehen, dass innerhalb der Idee der Erfindung Variationen bei den offenbarten Details gemacht werden können.
So können zum Beispiel die im Handel erhältlichen Ausführungsformen der verschiedenen Steuerungs- und Instrumenteneinheiten durch einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik von Wickelvorrichtungen leicht ausgewählt werden. Bei den in dieser Anmeldung beschriebenen dargelegten Ausführungsformen besteht der PLC (Element 84) aus einem GE Serie VI Regler, Katalognummer 1C600CR301A; das OIT (Element 86 besteht aus einem GE Terminal, Modell Nummer 1C600KD5103; die DPM (Element 92) besteht aus einer Messanzeige von RT Engineering Service, Katalognummer DPN-31; das I/P Instrument (Element 205) besteht aus einem Konverter von Fairchild, Katalognummer TP5223-4; Der PID (Element 96) besteht aus einem Foxboro Regler, Modell Nummer 760CNA-AT; der Verstärker (Element 298) besteht aus einem Regler für ein hydraulisches Servoventil von Wandfluh, Modell Nummer 1.109E2-B; und das hydraulische Servoventil (Element 200) besteht aus einem Servoventil von Wandfluh, Modell Nummer AEDRV10-100-24VDC. Natürlich können Ersetzungen für diese Regler und Instrumente gemacht werden, um im wesentlichen auf die selbe Art die Funktionen auszuführen und die dargelegten Resultate zu erreichen.
Ebenso ist beabsichtigt, dass der Ausdruck "gegliedert" sowohl geschwenkt oder schwenkbar einschliesst, wie oben beschrieben, als auch auf andere Art im Zusammenhang mit den einzelnen Radelementen einzeln bezüglich dem Stützbalken und der gewickelten Papierrolle beweglich.
Ein anderes Beispiel einer betrachteten Variation besteht darin, die Signalleitungen 267 und 367 bei den in den Figuren 6 respektive 7 gezeigten Ausführungsformen zu eliminieren. Dies würde die hydraulischen Druckkreise der Reiterwalze offen machen, wie denjenigen der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform, anstatt geschlossen. Die Druckabmessung, die durch die Druck-Messwandler 288, 388 geliefert werden, würden nur zum Zwecke des Ablesens verwendet; sie würden nicht durch irgend einen Algorithmus zum Zwecke der Steuerung verwendet werden. Der Betrieb und die Klemmlast der Radelemente der Reiterwalze würden durch die Position des Balkens bezüglich der gewickelten Rolle auf eine ähnliche Art gesteuert werden, wie sie in Verbindung mit der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform beschrieben wurde. Der Durchmesser der gewickelten Rolle und anschliessend das Positionieren des Balkens würden auf die selbe Art gesteuert werden, wie in Verbindung mit den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen beschrieben wurde.

Claims

1. Reiterwalzensystem, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle (24) anzuwenden, die auf einer Wickelvorrichtung (10) aufgewickelt wird,

wobei die Wickelvorrichtung mindestens eine Walze (14) umfasst, welche die Papierrolle, die um ihre Drehachse herum aufgewickelt wird, stützt,

einen Balken (22), der für eine geradlinige Bewegung im wesentlichen vertikal bezüglich der Papierrolle (24), die aufgewickelt wird, an der Wickelvorrichtung montiert ist, eine Bewegungseinrichtung (44, 46, 48, 50), um den Balken zu bewegen,

eine Reiterwalzeneinrichtung, die eine Vielzahl von Radelementen (30) umfasst, wobei jedes Radelement einzeln schwenkbar (33, 58) am Balken montiert ist und angeordnet ist, um im wesentlichen entlang einer Klemmkontaktlinie (N) dazu an der Oberfläche der Papierrolle anzuliegen, entlang der Länge der Papierrolle,

eine Vorbelastungseinrichtung (52, 56) , die wirksam (32) mit der Reiterwalzeneinrichtung verbunden ist und einen gemeinsamen hydraulischen Verteiler (176, 276, 376) einschliesst, um eine im wesentliche gleiche Druckkraft an jeden aus einer Vielzahl von Belastungskolben zu liefern, die wirksam mit den entsprechenden Radelementen (30) verbunden sind, um jedes der Radelemente mit einer im wesentlichen gleichen Klemmkraft gegen die Papierrolle vorzubelasten,

dadurch gekennzeichnet, dass das Reiterwalzensystem eine Steuerungseinrichtung umfasst, die eine Durchmesser-Messeinrichtung (180, 182, 184; 280, 282, 299, 202, 284, 380, 382, 323, 306, 307, 384) einschliesst, um kontinuierlich den Durchmesser der Papierrolle (24) und die Position des Balkens (22) bezüglich der Papierrolle zu überwachen und zu messen und um der Bewegungseinrichtung (44, 46, 48, 50) zu signalisieren, den Balken in ausgewählten Zeitintervallen, welche eine Funktion des Durchmessers der Papierrolle sind, geradlinig um eine Distanz, die auch eine Funktion des Durchmessers der Papierrolle ist, bezüglich der Papierrolle zu bewegen;

dass die Steuerungseinrichtung wirksam an die Vorbelastungseinrichtung (52, 56) angeschlossen ist (176, 188, 189; 276, 279, 288, 289; 376, 379, 388, 389) und die Vorbelastungseinrichtung steuert, um die hydraulische Druckkraft zu den Radelementen (30) in Funktion des Durchmessers der Papierrolle, die aufgewickelt wird, zu ändern, wodurch die Klemmkraft auf die Radelemente gegen die gewickelte Papierrolle entlang der Klemmkontaktlinie geändert oder auf einem gewünschten Niveau beibehalten wird;

dass die Steuerungseinrichtung eine Anzeige (180, 280, 380) für die Position des Balkens umfasst, die wirksam mit der Durchrnesser-Messeinrichtung verbunden ist (182, 282, 382), und eine Instruktionseinrichtung (184, 284, 384), um die gewünschte Klemmlast als Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle herzuleiten und um die gewünschte Position des Balkens (22) bezüglich der gewickelten Papierrolle (24) zu bestimmen und um Signale zur Bewegungseinrichtung zu senden, um den Balken in eine aufgrund der Instruktionseinrichtung vorgegebene Position zu bewegen; und

dass die Vorbelastungseinrichtung einen Reiterwalzen- Druckkreis (74, 75, 79, 76) umfasst, um hydraulisches Fluid an jedes der Radelemente zu liefern, um sie mit im wesentlichen der gleichen Klemmkraft zu belasten,

wobei die Klemmkraft bei den Radelementen eine Funktion des Durchmessers der Papierrolle ist.

2. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbelastungseinrichtung einen pneumatischen Gegengewichtskolben (152, 252, 352) für jedes der Radelemente umfasst, welcher in gegenüberliegender Anordnung mit dem entsprechenden der Belastungskolben (156, 256, 356) verbunden ist (54), die an jedes der Radelemente anliegen, wodurch die Klemmlast der Belastungskolben gegen die Aufprallkräfte, die durch die dynamische Bewegung der rotierenden Papierrolle verursacht werden, abgeschwächt wird.

3. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung ein Operateur-Schnittstellenterminal (86) umfasst, um die Instruktionseinrichtung aufzunehmen, und einen Regler (96), der wirksam mit der Anzeige für die Position des Balkens und der Instruktionseinrichtung verbunden ist, wobei der Regler wirksam mit der Bewegungseinrichtung (44) verbunden ist (97, 98, 87, 100, 85) oder der Bewegungseinrichtung signalisiert, den Balken (22) als Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle (24) zu bewegen;

wodurch die Klemmkraft wie gewünscht gesteuert wird.

4. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Instruktionseinrichtung ein Profil der gewünschten gewickelten Papierrolle umfasst;

dass die Vorbelastungseinrichtung ein Ventil (75) umfasst, um den Reiterwalzen-Druckkreis mit einer ausgewählten Menge von hydraulischem Fluid, das innerhalb des Druckkreises gehalten werden soll, dicht abzuschliessen.

5. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Instruktionseinrichtung einen Algorithmus (269, 369) für die gewünschte gewickelte Papierrolle umfasst;

dass die Vorbelastungseinrichtung einen geschlossenen Reiterwalzen-Druckkreis (269, 205, 278, 275, 276, 288, 290; 369, 305, 378, 375, 376, 388, 390) umfasst, um wahlweise hydraulischen Druck bei unterschiedlichen Drücken, wie gewünscht, gemäss dem Algorithmus zu liefern, um die Klemmkraft der Radelemente der Reiterwalze gegen die gewickelte Papierrolle zu liefern.

6. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen Druck-Messwandler (88) umfasst, der wirksam mit dem gleichen Druck verbunden ist, der durch die Vorbelastungseinrichtung geliefert wird, um ein Drucksignal (89) als Funktion des durch die Vorbelastungseinrichtung gelieferten gleichen Druckes zu erzeugen;

dass die programmierte Instruktionseinrichtung (84, 86) das Drucksignal empfängt, um es in Verbindung mit dem Balkensignal zu verwenden, um die Betätigung der Bewegungseinrichtung des Balkens zu steuern, damit der Balken so bewegt wird, dass die gewünschte Klemmkraft geliefert wird.

7. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter umfasst:

eine proportionale Integral-Differential-Reglereinrichtung (96), um das Fehlersignal zu empfangen und ein Signal (97) zu erzeugen, um die Bewegung der Bewegungseinrichtung des Balkens zu steuern.

8. Reiterwalzensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter umfasst:

eine programmierbare Logikreglereinrichtung (284), um einen Algorithmus der gewünschten Position des Balkens bezüglich dem Durchmesser der Papierrolle während dem Vorgang des Aufwickelns aufzunehmen, wobei die Logikreglereinrichtung (284) das Balkensignal empfängt und die Durchmesser-Messeinrichtung eine Rotationseinrichtung (295, 299) umfasst, um die Rotation der gewickelten Papierrolle und die Rotation von einer Stützwalze zu messen, wobei die Rotationseinrichtung wirksam mit den Logikreglereinrichtung verbunden ist (201, 202), um den Durchmesser der gewickelten Papierrolle für einen Vergleich mit dem Algorithmus zu berechnen und um ein Fehlersignal (294) zu erzeugen, um die Betätigung der Bewegungseinrichtung des Balkens in Funktion des Durchmessers der Papierrolle gemäss dem Algorithmus zu steuern, damit der Balken um eine Distanz verschoben wird, die auch eine Funktion der Durchmessers der Papierrolle ist;

wodurch die Klemmkraft der Radelemente der Reiterwalze in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle gesteuert wird.

9. Reiterwalzensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser-Messeinrichtung eine Spannfuttereinrichtung (342) für die Hülse umfasst, um die Position eines Spannfutters für die Hülse zu bestimmen, welche die gewickelte Papierrolle stützt, und um ein Signal (306, 307) des Spannfutters für die Hülse an die Logikreglereinrichtung zu erzeugen, das durch die Logikreglereinrichtung in Verbindung mit dem Balkensignal verwendet werden soll, um den Durchmesser der gewickelten Rolle zu berechnen.

10. Reiterwalzensystemverfahren, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle anzuwenden, die auf einer Wickelvorrichtung aufgewickelt wird,

einen Balken (22), der für eine geradlinige Bewegung im wesentlichen vertikal bezüglich der Papierrolle, die aufgewickelt wird, an der Wickelvorrichtung montiert ist, wobei das System weiter eine Steuerungseinrichtung (180, 182, 184; 280, 299, 202, 284, 380, 382, 323, 306, 307, 384) umfasst, um programmierte Instruktionen bezüglich der gewünschten Klemmkraft, der Position des Balkens und des Durchmessers der gewickelten Papierrolle aufzunehmen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

eine Vielzahl von im wesentlichen axial ausgerichteten Radelementen (30a, 30b, 30c...) der Reiterwalze, die einzeln am Balken montiert sind (33, 58) und einzeln bezüglich ihm bewegt werden können, an die Oberseite der Papierrolle (24) anzulegen;

den gleichen hydraulischen Druck (76) aus einer gemeinsamen Quelle (176, 276, 376) von hydraulischem Fluiddruck anzuwenden, um jedes der Radelemente zu belasten, damit verursacht wird, dass sie eine gleiche Klemmkraft gegen die Papierrolle erzeugen;

die Position (80) des Balkens zu überwachen;

ein Rückkopplungssignal (182, 282, 382) an die Steuerungseinrichtung (86) zu liefern, das die Position des Balkens anzeigt;

den Durchmesser der Papierrolle zu berechnen;

aufgrund der Instruktionen in der Steuerungseinrichtung und des Rückkopplungssignals die gewünschte Position des Balkens (22) bezüglich der gewickelten Papierrolle zu bestimmen, um die gewünschte Klemmkraft zu liefern;

ein zweites Signal (194, 294, 394) der Steuerungseinrichtung an eine Einrichtung zu senden, die eine Bewegungseinrichtung (144, 244, 344) umfasst, um den Balken gemäss den Instruktionen zu bewegen und vorzubelasten;

den hydraulischen Fluiddruck, der durch einen geschlossenen Druckkreis (269, 205, 278, 275, 276, 288, 290; 369, 305, 378, 375, 376, 388, 390) auf die Radelemente der Reiterwalze angewendet wird, bei einem ausgewählten Druck bereit zu stellen, welcher auf dem ausgewählten Niveau aufrecht gehalten wird;

einen Algorithmus (69) der gewünschten Klemmlast in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle in der Steuerungseinrichtung zu programmieren;

ein drittes Signal (88, 89) an die Steuerungseinrichtung zu liefern, das den auf die Radelemente angewendeten hydraulischen Druck anzeigt;

das dritte Signal mit dem programmierten Algorithmus der Klemmkraft in Funktion des Durchmessers der gewickelten Papierrolle zu vergleichen (91);

das zweite Signal (94) von der Steuerungseinrichtung für die Betätigung der Bewegungseinrichtung aufgrund der Position des Balkens und der Klemmkraft bei einem berechneten Durchmesser der gewickelten Papierrolle anzupassen, um die gewünschte Klemmkraft zu liefern.

11. Reiterwalzensystemverfahren, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle, die aufgewickelt wird, anzuwenden, nach Anspruch 10, das weiter den Schritt umfasst:

das erste Signal mit einem vorprogrammierten Profil (69) des gewünschten hydraulischen Druckes in der Steuerungseinrichtung zu vergleichen;

die Bewegungseinrichtung (96, 98, 00, 44) anzupassen, um die Klemmlastkraft in Übereinstimmung mit dem vorprogrammierten Profil in Funktion des Durchmessers der Papierrolle zu bringen.

12. Reiterwalzensystemverfahren, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle, die aufgewickelt wird, anzuwenden, nach Anspruch 10, bei dem:

der hydraulische Druck, der auf jedes der Radelemente angewendet wird, wahlweise variabel ist und durch den geschlossenen Druckkreis (269, 205, 278, 275, 276, 288, 290; 369, 305, 378, 375, 376, 388, 390) der Reiterwalze geliefert wird, um eine Klemmlastkraft auf die Papierrolle zu erzeugen;

die Steuerungseinrichtung den Algorithmus (69) umfasst, der mit der gewünschten Klemmkraft in Funktion des Durchmessers der Papierrolle programmiert ist;

die Steuerungseinrichtung den Durchmesser der Papierrolle mit der gewünschten Klemmkraft gemäss dem Algorithmus vergleicht und die Klemmlastkraft dementsprechend ändert.

13. Reiterwalzensystemverfahren, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle, die aufgewickelt wird, anzuwenden, nach Anspruch 10, das weiter den Schritt umfasst: das dritte Signal mit dem Algorithmus zu vergleichen und den hydraulischen Fluiddruck, der durch den Druckkreis geliefert wird, gemäss dem Algorithmus anzupassen (84, 05, 78).

14. Reiterwalzensystemverfahren, um eine den Walzenspalt belastende Kraft auf eine Papierrolle, die aufgewickelt wird, anzuwenden, nach Anspruch 13, das weiter den Schritt umfasst: das zweite Signal für die Betätigung der Bewegungseinrichtung anzupassen (96, 98, 00), um den Balken so zu bewegen und vorzubelasten, dass die gewünschte Klemmlast gemäss dem Algorithmus beibehalten wird.