EP0888993B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer laufenden Bahn - Google Patents

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EP0888993B1
EP0888993B1 EP98109833A EP98109833A EP0888993B1 EP 0888993 B1 EP0888993 B1 EP 0888993B1 EP 98109833 A EP98109833 A EP 98109833A EP 98109833 A EP98109833 A EP 98109833A EP 0888993 B1 EP0888993 B1 EP 0888993B1
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EP
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web
tension
shaft
roller
compensating
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Heinrich Niemann
Johannes Wulf
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Erhardt and Leimer GmbH
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    • B65H2515/30—Forces; Stresses
    • B65H2515/32—Torque e.g. braking torque

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for compensating clamping forces across the width of a running web according to that in the preambles of the claims 1 and 6 Art.
  • DE 39 20 310 A describes a material tension meter and one constructed with it Material tension regulator known.
  • the material tension meter determines the average tension of the web by a control device through translational Adjusting a roller to a predetermined setpoint is regulated.
  • This Known material tension regulator is therefore not able to different Detect or compensate tension forces across the width of a running web.
  • From GB 2 151 363 A is a device for compensating the tractive force of a running one Bru known.
  • the device has a measuring roller, the bearing with Force measuring devices are provided.
  • the determined by the force measuring devices Bearing forces are supplied to filter devices independently of one another are operatively connected on the output side to one control device each.
  • This Control devices each adjust one end of a compensating roller by one of to compensate for the deviation determined by the force measuring device.
  • the invention has for its object a method and an apparatus to create the type mentioned, which a precise clamping force compensation on the Guaranteed width of the web.
  • the bearing forces measure one of the rollers and calculate their difference.
  • the difference the bearing forces of both ends of a roller are proportional when the web is in the middle to the Torque that the web exerts on the roller.
  • Leave the roller's bearing forces is particularly simple and precise due to the force measuring devices provided in the bearings determine.
  • the bearing forces on the tension compensation roller are preferred determined. This ensures that the tension of the web is correct and is unaffected by the influence of friction of other rollers. Also be in this way time delays between the pivoting of the tension compensation roller and the impact on the tension of the web to a minimum limited. The regulation can therefore an occurring clamping force difference Compensate for the web faster.
  • a swiveling of the tension compensation roller by means of actuators in accordance with Claim 3 offers the advantage that its inertia can be easily overcome can.
  • the device according to claim 6 has a pivotally held tension compensation roller on.
  • This is freely rotatable on a shaft, the ends of which are in a pivot bearing are supported. This ensures that the space around the Tension compensation roller is free, so that the running of the web is not disturbed in any way is.
  • the pivot bearing of the shaft is preferably by the tension compensating roller on both sides provided toothed gear realized. This swivel bearing ensures that the tension compensation roller is only pivoted about an axis is and cannot be moved as a whole. This in turn causes if the total tension of the web varies, the tension compensation roller none of their end stops. The tension compensation across the width of the web is therefore ensured under all operating conditions.
  • toothed gears for pivotably holding the shaft results in particularly low frictional forces, since the teeth of the toothed gears are rolling against each other without touching each other to slide.
  • the shaft ends are preferably supported by roller bearings, that roll on scenes. This way, starting from the scenes Frictional forces largely suppressed.
  • the one for pivoting the tension compensation roller Required force is therefore very low, so that the tension compensation the train can be done quickly.
  • the desired clamping force compensation is therefore achieved particularly inexpensively with the simplest of means.
  • the Build the device very compact, so that even existing systems by simple Replacing a roller can be converted without problems.
  • the tension compensation roller is pivoted by actuators by a control device can be controlled.
  • the control device receives the torque as the actual value the web exerts on one of the rollers. This value is set by the control device regulates the setpoint zero, so that in the steady state of the control device the tension forces of the web are equal to each other in both web halves.
  • the actuators are connected with threaded spindles or screws according to claim 11, this results in a particularly powerful reduction of the actuators.
  • the Swiveling the tension compensation roller is particularly easy. To be a free one To prevent pivoting of the tension compensation roller under the pressure of the web, the shaft is blocked against rotation about its longitudinal axis. Preferably a releasable braking device is used for this. Because the gear directly meshes with the rack, friction losses of the swivel bearing are minimized. To minimize the frictional forces between the gear and the rack it is favorable to equip them with involute or cycloid teeth.
  • Figure 1 shows a device 1 for compensating clamping forces across the width a path 3 running in the direction of arrow 2.
  • This path 3 is on in bearings 12 held rollers 4, 5, 6 deflected, the middle roller 5 as a tension compensation roller is formed, which is acted upon by the web 3 with a force F.
  • the tension compensation roller 5 is freely rotatably mounted on a shaft 7 around a pivot axis 8 extending through its center of gravity S is pivotably held is. Both ends 9 of the shaft 7 are supported in bearings 10, which are on a frame 11 are held and together form a pivot bearing for the shaft 7.
  • Figure 2 shows the bearing 10 consisting of a housing block 15, the Cover is removed.
  • a stationary one or drivable threaded spindle 16 This meshes with a gear 17, the Tooth 18 is only indicated.
  • the gear 17 is non-rotatably connected to the while 7.
  • an actuator acts on the rotary movement thereof is transmitted to the gear 17 and the shaft 7.
  • the shaft 7 is a mirror image of the representation according to FIG. 2 held. The movements of the ends 9 of the shaft 7 are therefore opposite to each other synchronized so that the shaft 7 and thus the voltage compensation roller 5 can only be pivoted about the pivot axis 8 indicated in FIG.
  • FIG. 3 shows the bearing 10 according to FIG. 2, the gear wheel 17 with the shaft 7 removed to see the parts underneath.
  • the housing block 15 are defined at a distance e two columns 20, the guide for the shaft 7 form.
  • the shaft 7 carries a roller bearing 21, which alone with its receiving opening 22 for receiving the shaft 7 is shown.
  • the roller bearing 21 is running between the columns 20, the distance e from each other slightly larger than the outer diameter D of the rolling bearing. It is thereby achieved that the rolling bearing 21st only rests on one of the two columns 20 and rolls on it without sliding.
  • the Link guide causes the shaft 7 to move only within one plane ⁇ can.
  • FIG. 10 An alternative embodiment of the bearing 10 is shown in FIG. It exists from the housing block 15, on which a cover 30 is fixed.
  • the cover 30 has an opening 31 penetrated by the shaft 7 on the shaft 7 is by means of Rolling bearing 21 is supported on the columns 20 and rotatably connected to the gear 17.
  • the gear 17 meshes with an intermediate gear 32, the shaft 33 via further roller bearing 34 is also supported on the columns 20.
  • the waves 7, 33 are Supported via roller bearings 35 on a cage 36, the mutual distance M between the shaft axis 23 and the shaft axis 37 keeps constant.
  • the two Rolling bearings 21, 34 allow the cage 36 to move up and down in the direction force F. However, they prevent sideways movement and swiveling of the cage 36.
  • a stop 38 is provided which presses against the shaft 33.
  • the Ball 39 held resiliently.
  • the stop 38 limits the movement of the cage 36 Although only in one direction, there is another one at the opposite end 9 of the while 7 Bearing 10 provided diagonally opposite bearing, the movement of there provided cage 36 limited in the opposite direction. Since both cages 36 with the Shaft 7 are connected, is a movement of the shaft 7 in the direction of its longitudinal axis 23 excluded.
  • the threaded spindle 16 can be operated with an actuator, for example, an electric motor or a hydraulic motor that will set them in rotation.
  • This rotation of the threaded spindle 16 is about the gears 32 and 17 transmitted to the shaft 7. That at the opposite end 9 of the shaft 7 located bearing 10 then also has an actuator. Both actuators are coupled in opposite directions so that a bearing 10 an upward movement of the shaft end 9 and the opposite bearing 10 a downward movement of the shaft end 9 causes.
  • a braking device 41 is provided on the slide 36. It acts against wave 7 and prevents their rotation relative to the cage 36 in the tightened position. In released position, the braking device 41 is spaced from the shaft 7, so that the tension compensation roller 5 can pivot freely.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the device 1 with active adjustment of the Tension compensation roller 5.
  • the basic structure corresponds to the device 1 according to Figure 1, wherein the shaft 7 against rotation about its longitudinal axis 23 can be blocked by means of a braking device.
  • the threaded spindles 16 of the bearings 10 are connected to actuators 50. These can be electric motors, for example with a flange-mounted gearbox or hydraulic motors. Move the actuators 50 the threaded spindles 16 in rotation and thus cause a height adjustment the ends 9 of the shaft 7.
  • the actuators 50 are with displacement sensors 51 in Active connection that detect the adjustment path of the threaded spindle 16.
  • the signal obtained by the displacement sensor 51 is also proportional to the adjustment path of the End 9 of the shaft 7.
  • force measuring devices 52 provided by the of the tension compensating roller 5 and Track 3 applied bearing forces F.
  • edges 53 are permanent Detection of the web position edge sensor 54 provided.
  • the actuators 50, the displacement sensors 51, the edge measuring devices 52 and the edge sensors 54 are operatively connected to a control device 55.
  • This control device 55 has the task of adjusting differences in tension in both web halves by adjusting to compensate for the tension compensation roller 5.
  • a totalizer 56 is on the input side in operative connection with the force measuring devices 52 and calculates the Difference of the measured bearing forces, which is proportional to that of the web 3 on the Tension compensation roller 5 is exerted torque.
  • the output signal of the Totalizer 56 is fed to a controller 58 via a further totalizer 57, which preferably has a P, PI or PID behavior.
  • the one obtained from controller 58 Correction signal is a non-inverting input 59 and a inverting input 60 supplied by summers 61, 62, which are not shown Power amplifiers are operatively connected to the actuators 50.
  • This control loop is used when there is a difference in bearing force between the ends 9 of the shaft 7 causes an opposite height adjustment of the shaft 7, so this panned.
  • the mean value is also used the adjustment paths from the ends 9 of the tension compensation roller 5 regulated.
  • the displacement sensors 51 are connected to a further summer 63, the Output signal proportional to the mean of the adjustment paths of both ends 9 of the shaft 7 is.
  • This signal is set to a constant setpoint in a further controller 64 regulated.
  • the controller 64 also preferably has a P, PI or PID behavior.
  • the correction signal obtained from the controller 64 reaches non-inverting inputs 65, 66 of the summers 61, 62 and therefore causes an adjustment in the same direction both ends 9 of the shaft 7.
  • the signal f calculated by the circuit block 68 is also multiplied in a multiplier 69 a signal multiplied by the total of the web 3 on the tension compensation roller 5 corresponds to the force exerted.
  • This signal is from a summer 70 won, the input side with the force measuring devices 52 in operative connection stands.
  • the summer 70 is connected via an inverting input 71 connected to a coefficient element 72, by means of which the weight of the tension compensation roller 5 from those measured by the force measuring devices 52 Values is subtracted.
  • the multiplier 69 calculates that difference in force between the two Ends of the shaft 7, which is caused by the off-center web run. This Value is fed to an inverting input 73 of the summer 57, so that on Output 74 of the summer 57 is proportional to the tension difference between the two web halves Signal pending.
  • a window comparator 75 is connected to the output 74 of the summer 57 and compares the control deviation with two fixed limit values. At a digital output 76 of the window comparator 75 is at a zero level when the control deviation is within the range between the limits. The digital output 76 is operatively connected to a hold input 77 of the controller 58, which is in the Inactive in the event of a zero level. This is important so that integrators in controller 58 do not accept undefined output values. Output 76 is also available a braking device of the bearing 10 in operative connection, which is pending at one level the time 7 blocked against rotation about its longitudinal axis, so that the actuators 50 can adjust the tension compensation roller 5.
  • the control device 55 can be implemented by analog or digital arithmetic circuits become.
  • implementation using a microcomputer is advantageous because in this case additional functions and changes to the control algorithms can be easily taken into account by adapting the program.

Landscapes

  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Registering, Tensioning, Guiding Webs, And Rollers Therefor (AREA)

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer laufenden Bahn (3) verwendet eine Spannungs-Ausgleichswalze (5), welche um eine Schwenkachse (8) schwenkbar gehalten ist. Beim Auftreten einer Spannkraftdifferenz über die Breite der Bahn (3) wird die Spannungs-Ausgleichswalze (5) mittels einer Drehmomentenregelung soweit aktiv verschwenkt, daß die Spannkräfte in beiden Bahnälften ausgeglichen werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer laufenden Bahn gemäß der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6 genannten Art.
Aus der US 2 066 306 A ist ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung bekannt, die aus einer Welle besteht, auf der eine Walze frei drehbar gehalten ist. Die Welle ist an ihren beiden Enden in Kulissen geführt und von einem Hebelgestänge ergriffen. Dieses verhindert eine gleichsinnige Bewegung beider Wellenenden, so daß die Welle und mit ihr die Walze nur um eine Achse schwenkbar gehalten ist. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß sowohl in den Kulissen als auch in den Hebelgestängen beim Verschwenken der Welle gleitende Bewegungen erfolgen. Die damit verbundenen Reibungskräfte beschränken die Genauigkeit des durch diese Vorrichtung erzielbaren Spannungsausgleichs. Insbesondere ist ein Spannungsausgleich nicht möglich, wenn die Spannkraftdifferenz zwischen beiden Bahnseiten geringer als die beträchtlichen Haftreibungskräfte in den Kulissen und Hebelgestängen ist.
Aus der DE 39 20 310 A ist ein Materialspannungsmesser und ein damit aufgebauter Materialspannungsregler bekannt. Der Materialspannungsmesser ermittelt dabei die mittlere Zugspannung der Bahn, die von einer Regeleinrichtung durch translatorisches Verstellen einer Walze auf einen vorbestimmten Sollwert geregelt wird. Dieser bekannte Materialspannungsregler ist demnach nicht in der Lage, unterschiedliche Spannkräfte über die Breite einer laufenden Bahn zu erfassen bzw. auszugleichen.
Aus der GB 2 151 363 A ist eine Vorrichtung zum Ausgleich der Zugkraft einer laufenden Bahn bekannt. Die Vorrichtung weist eine Meßwalze auf, deren Lager mit Kraftmeßeinrichtungen versehen sind. Die von den Kraftmeßeinrichtungen ermittelten Lagerkräfte werden unabhängig voneinander Filtereinrichtungen zugeführt, die ausgangsseitig mit jeweils einer Regeleinrichtung in Wirkverbindung stehen. Diese Regeleinrichtungen verstellen jeweils ein Ende einer Ausgleichswalze, um eine von der Kraftmeßeinrichtung ermittelte Abweichung auszugleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen präzisen Spannkraftausgleich über die Breite der Bahn gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
Bei diesem Verfahren wird ein Signal erfaßt, das zum von der Bahn auf die Spannungs-Ausgleichswalze ausgeübten Drehmoment proportional ist. Dieses Signal wird als Korrektursignal für eine Regelung herangezogen. Bei dieser Regelung wird durch Verschwenken der Spannungs-Ausgleichswalze das von der Bahn ausgeübte Drehmoment auf den Sollwert Null geregelt. Dadurch wird erreicht, daß die Spannkräfte beider Bahnhälften im eingeschwungenen Zustand der Regelung gleich sind. Da die Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze aktiv durch die Regelung erfolgt, spielen Reibungseinflüsse, sowie die Massenträgkeit der SpannungsAusgleichswalze für den Spannkraftausgleich nur eine untergeordnete Rolle. Sie beschränken lediglich die Geschwindigkeit, mit der eine Spannkraftdifferenz ausgeregelt wird. Die Genauigkeit des Spannkraftausgleichs wird ausschließlich von der Präzision der Erfassung des von der Bahn auf die Spannungs-Ausgleichswalze ausgeübten Drehmoments und der Güte des Reglers bestimmt.
Gemäß Anspruch 2 ist es vorteilhaft, zur Ermittlung des Drehmoments die Lagerkräfte einer der Walzen zu messen und deren Differenz zu berechnen. Die Differenz der Lagerkräfte beider Enden einer Walze ist bei mittigem Bahnlauf proportional zum Drehmoment, das die Bahn auf die Walze ausübt. Die Lagerkräfte der Walze lassen sich besonders einfach und exakt durch in den Lagern vorgesehene Kraftmeßvorrichtungen ermitteln. Vorzugsweise werden die Lagerkräfte an der Spannungs-Ausgleichswalze ermittelt. Dies stellt sicher, daß die Spannkraft der Bahn korrekt und von Reibungseinflüssen anderer Walzen unbeeinflußt erfaßt wird. Außerdem werden auf diese Weise zeitliche Verzögerungen zwischen dem Verschwenken der Spannungs-Ausgleichswalze und der Auswirkung auf die Spannkraft der Bahn auf ein Minimum beschränkt. Die Regelung kann daher eine auftretende Spannkraftdifferenz der Bahn rascher ausgleichen.
Eine Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze mittels Stellantrieben gemäß Anspruch 3 bietet den Vorteil, daß ihre Massenträgheit leicht überwunden werden kann.
Gemäß Anspruch 4 ist es günstig, zusätzlich die Lage der Bahnmitte zu erfassen und die Lagerkraftdifferenz zu korrigieren. Aus der Differenz der Lagerkräfte der Walze läßt sich lediglich ein auf die Walzenmitte bezogenes Drehmoment ermitteln. Bei außermittigem Verlauf der Bahn muß jedoch das hiervon abweichende, auf die Bahmitte bezogene Drehmoment ausgeregelt werden. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die bahnlaufbedingte Abweichung der Differenz der Lagerkräfte berechnet und die ermittelte Lagerkraftdifferenz um diesen Wert korrigiert wird.
Gemäß Anspruch 5 ist es vorteilhaft, das von der Bahn auf die Spannungs-Ausgleichswalze ausgeübte Drehmoment mit einem Bereich zu vergleichen. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird die Lage der Spannungs-Ausgleichswalze entweder geregelt und damit aktiv verstellt oder frei schwenkbar gehalten. Ein frei schwenkbares Halten hat den besonderen Vorteil, daß der Spannungsausgleich zwischen beiden Bahnhälften besonders exakt und unabhängig von der Genauigkeit der Kraftmessung erfolgt. Nur bei großen Abweichungen zwischen Sollwert und Istwert wird die Spannungs-Ausgleichswalze in ihrer Lage geregelt und damit aktiv verstellt. Dies stellt sicher, daß eine große Spannkraftdifferenz zwischen beiden Bahnhälften sehr schnell korrigiert wird, da die Stellantriebe zur Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze wesentlich mehr Kraft aufbringen können als die Bahn selbst. Dies ist insbesondere bei großen Walzen, die ein entsprechend großes Trägheitsmoment aufweisen, wichtig. Um eine effektive Kraftübertragung durch die Regelung auf die Spannungs-Ausgleichswalze zu gewährleisten, wird die Schwenklagerung der Spannungs-Ausgleichswalze in diesem Fall blockiert.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 weist eine schwenkbar gehaltene Spannungs-Ausgleichswalze auf. Diese ist auf einer Welle frei drehbar gelagert, deren Enden in einer Schwenklagerung abgestützt sind. Dies stellt sicher, daß der Raum um die Spannungs-Ausgleichswalze frei ist, so daß der Lauf der Bahn in keiner Weise gestört ist. Die Schwenklagerung der Welle wird vorzugsweise durch beidseits der Spannungs-Ausgleichswalze vorgesehene Zahngetriebe realisiert. Diese Schwenklagerung stellt sicher, daß die Spannungs-Ausgleichswalze nur um eine Achse schwenkbar gehalten ist und nicht insgesamt verschoben werden kann. Dies wiederum bewirkt, daß bei variierender Gesamtspannkraft der Bahn die Spannungs-Ausgleichswalze keinen ihrer Endanschläge erreicht. Der Spannkraftausgleich über die Breite der Bahn ist daher unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen sichergestellt. Die Anwendung von Zahngetrieben zum schwenkbaren Halten der Welle ergibt besonders geringe Reibungskräfte, da die Zahne der Zahngetriebe einander wälzend ergreifen, ohne aneinander zu gleiten. Die Abstützung der Wellenenden erfolgt bevorzugt über Wälzlager, die sich an Kulissen abwälzen. Auf diese Weise werden von den Kulissen ausgehende Reibungskräfte weitgehend unterdrückt. Die zur Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze erforderliche Kraft ist daher sehr gering, so daß der Spannungsausgleich der Bahn rasch erfolgen kann. Der gewünschte Spannkraftausgleich wird daher mit einfachsten Mitteln besonders kostengünstig erreicht. Außerdem läßt sich die Vorrichtung sehr kompakt aufbauen, so daß auch bestehende Anlagen durch einfaches Auswechseln einer Walze ohne Probleme umgerüstet werden können. Die Spannungs-Ausgleichswalze wird von Stellantrieben verschwenkt, die von einer Regeleinrichtung angesteuert werden. Die Regeleinrichtung erhält als Ist-Wert das Drehmoment, das die Bahn auf eine der Walzen ausübt. Dieser Wert wird von der Regeleinrichtung auf den Sollwert Null geregelt, so daß im eingeschwungenen Zustand der Regeleinrichtung die Spannkräfte der Bahn in beiden Bahnhälften zueinander gleich sind.
Gemäß Anspruch 7 ist es günstig, das Drehmoment der Bahn mittels Kraftmeßvorrichtungen zu messen, die in den Lagern einer Walze vorgesehen sind. Die gemessenen Kraftwerte werden über einen Subtrahierer voneinander abgezogen, dessen Ausgangswert dem von der Bahn auf die Spannungs-Ausgleichswalze ausgeübten Drehmoment proportional ist. Dieser Wert wird von der Regeleinrichtung auf den Sollwert Null geregelt.
Gemäß Anspruch 8 ist es vorteilhaft, bei außermittigem Bahnlauf die Lage der Bahnkanten mittels Kantenfühler zu erfassen und diesen Wert mit den gemessenen Lagerkräften zu verknüpfen. Damit läßt sich die bahnlaufbedingte Lagerkraftdifferenz berechnen und so korrigieren, daß dem Regler ein Signal zugeführt wird, der zum auf die Bahnmitte bezogenen Drehmoment der Bahn proportional ist.
Werden zwei unabhängig wirkende Stellantriebe eingesetzt, so ist es erforderlich diese miteinander gegensinnig zu synchronisieren. Dies kann gemäß Anspruch 9 sehr einfach dadurch erreicht werden, daß die beiden Weggeber die Verstellwege beider Wellenenden erfassen. Der Mittelwert der Verstellwege wird von der Regeleinrichtung auf einen Sollwert geregelt, so daß die mittlere Lage der Spannungs-Ausgleichswalze konstant gehalten wird.
Gemäß Anspruch 10 ist es vorteilhaft, das von der Bahn auf die Spannungs-Ausgleichswalze ausgeübte Drehmoment durch einen Fensterkomparator mit einem Bereich zu vergleichen. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird die Lage der Spannungs-Ausgleichswalze entweder geregelt und damit aktiv verstellt oder frei schwenkbar gehalten. Ein frei schwenkbares Halten hat den besonderen Vorteil, daß der Spannungsausgleich zwischen beiden Bahnhälften besonders exakt und unabhängig von der Genauigkeit der Kraftmessung erfolgt. Nur bei großen Abweichungen zwischen Sollwert und Istwert wird die Spannungs-Ausgleichswalze in ihrer Lage geregelt und damit aktiv verstellt. Dies stellt sicher, daß eine große Spannkraftdifferenz zwischen beiden Bahnhälften sehr schnell korrigiert wird, da die Stellantriebe zur Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze wesentlich mehr Kraft aufbringen können als die Bahn selbst. Dies ist insbesondere bei großen Walzen, die ein entsprechend großes Trägheitsmoment aufweisen, wichtig. Um eine effektive Kraftübertragung durch die Regelung auf die Spannungs-Ausgleichswalze zu gewährleisten, wird die Schwenklagerung der Spannungs-Ausgleichswalze in diesem Fall blockiert.
Sind die Stellantriebe gemäß Anspruch 11 mit Gewindespindeln oder Schnecken verbunden, so ergibt sich eine besonders kräftige Untersetzung der Stellantriebe. Die Verschwenkung der Spannungs-Ausgleichswalze ist besonders einfach. Um ein freies Verschwenken der Spannungs-Ausgleichswalze unter dem Druck der Bahn zu verhindern, ist die Welle gegenüber einer Verdrehung um ihre Längsachse verblockt. Vorzugsweise wird hierzu eine lösbare Bremsvorrichtung eingesetzt. Da das Zahnrad direkt mit der Zahnstange kämmt, werden Reibungsverluste der Schwenklagerung minimiert. Zur Minimierung der Reibungskräfte zwischen dem Zahnrad und der Zahnstange ist es günstig, diese mit einer Evolventen- oder Zykloiden-Verzahnung auszustatten.
Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielhaft beschrieben, ohne den Schutzumfang zu beschränken.
Es zeigt:
Figur 1
eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften einer Bahn,
Figur 2
eine perspektivische Darstellung einer Seite einer Schwenklagerung,
Figur 3
die Schwenklagerung gemäß Figur 2 ohne Zahnrad,
Figur 4
eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Seite eines Schwenklagers mit verschobener Schwenkachse und
Figur 5
eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften einer Bahn.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer in Richtung des Pfeiles 2 laufenden Bahn 3. Diese Bahn 3 wird an in Lagern 12 gehaltenen Walzen 4, 5, 6 umgelenkt, wobei die mittlere Walze 5 als Spannungs-Ausgleichswalze ausgebildet ist, die von der Bahn 3 mit einer Kraft F beaufschlagt ist. Die Spannungs-Ausgleichswalze 5 ist frei drehbar auf einer Welle 7 gelagert, die um eine durch ihren Schwerpunkt S verlaufende Schwenkachse 8 schwenkbar gehalten ist. Beide Enden 9 der Welle 7 sind in Lagern 10 abgestützt, die an einem Gestell 11 gehalten sind und zusammen ein Schwenklager für die Welle 7 bilden.
Der Aufbau und die Funktion der Lager 10 wird anhand der Figuren 2 und 3 näher beschrieben. Figur 2 zeigt das Lager 10 bestehend aus einem Gehäuseblock 15, dessen Deckel abgenommen ist. Im Gehäuseblock 15 befindet sich eine stationär gehaltene bzw. antreibbare Gewindespindel 16. Diese kämmt mit einem Zahnrad 17, dessen Verzahnung 18 nur angedeutet ist. Das Zahnrad 17 ist mit der Weile 7 drehfest verbunden.
An der Gewindespindel 16 greift ein nicht dargestellter Stellantrieb an, dessen Drehbewegung auf das Zahnrad 17 und die Welle 7 übertragen wird. Im am Gegenende 9 vorgesehenen Lager 10 ist die Welle 7 spiegelbildlich zur Darstellung gemäß Figur 2 gehalten. Die Bewegungen der Enden 9 der Welle 7 sind daher zueinander gegensinnig synchronisiert, so daß die Welle 7 und damit die Spannungs-Ausgleichswalze 5 nur um die in Figur 1 angedeutete Schwenkachse 8 verschwenkbar ist.
Die Figur 3 zeigt das Lager 10 gemäß Figur 2, wobei das Zahnrad 17 mit der Welle 7 entfernt ist, um die darunterliegenden Teile sehen zu können. Im Gehäuseblock 15 sind in einem Abstand e zwei Säulen 20 festgelegt, die für die Welle 7 eine Kulissenführung bilden. Dazu trägt die Welle 7 ein Wälzlager 21, das allein mit seiner Aufnahmeöffnung 22 zur Aufnahme der Welle 7 dargestellt ist. Das Wälzlager 21 läuft zwischen den Säulen 20, deren Abstand e voneinander geringfügig größer als der Außendurchmesser D des Wälzlagers ist. Dadurch wird erreicht, daß das Wälzlager 21 nur an einer der beiden Säulen 20 anliegt und sich daran ohne zu gleiten abwälzt. Die Kulisseführung bewirkt, daß sich die Welle 7 nur innerhalb einer Ebene ε bewegen kann. Dies stellt sicher, daß die Achse 23 der Welle 7 stets von der Gewindespindel 16 gleich weit beabstandet ist, so daß die Verzahnungen 19 der Gewindespindel 16 und des Zahnrades 17 korrekt ineinander eingreifen. Dies ist wichtig, damit sich die Zähne des Zahnrades 17 an denen der Gewindespindel 16 ohne zu gleiten abwalzen.
Im Gehäuseblock 15 sind in der Bewegungsebene des Wälzlagers 21 Durchgangsbohrungen 24 vorgesehen, in denen nicht dargestellte Anschläge zur beidseitigen Begrenzung des Stellwegs der Welle 7 vorgesehen sind. Zusätzlich könnte in einer der Durchgangsbohrungen 24 ein Stoßdämpfer vorgesehen sein, der Schwingungsbewegungen der Weile 7 dämpft.
In Figur 4 ist eine alternative Ausführungsform des Lagers 10 dargestellt. Es besteht aus dem Gehäuseblock 15, an dem ein Deckel 30 festgelegt ist. Der Deckel 30 weist eine von der Welle 7 durchdrungene Öffnung 31 auf Die Welle 7 ist mittels des Wälzlagers 21 an den Säulen 20 abgestützt und mit dem Zahnrad 17 drehfest verbunden. Das Zahnrad 17 kämmt mit einem Zwischenzahnrad 32, dessen Welle 33 über ein weiteres Wälzlager 34 ebenfalls an den Säulen 20 abgestützt ist. Die Wellen 7, 33 sind über Wälzlager 35 an einem Käfig 36 abgestützt, der den gegenseitigen Abstand M zwischen der Wellenachse 23 und der Wellenachse 37 konstant hält. Die beiden Wälzlager 21, 34 erlauben eine Auf- und Abwärtsbewegung des Käfigs 36 in Richtung der Kraft F. Sie verhindern aber eine Seitwärtsbewegung sowie ein Verschwenken des Käfigs 36. Um die Welle 33 in Längsrichtung in Lage zu halten, ist im Deckel 30 ein Anschlag 38 vorgesehen, der gegen die Welle 33 drückt. Vorzugsweise ist die Kugel 39 federnd gehalten. Der Anschlag 38 begrenzt die Bewegung des Käfigs 36 zwar nur in einer Richtung, jedoch ist am Gegenende 9 der Weile 7 ein weiteres, dem Lager 10 diagonal gegenüberliegendes Lager vorgesehen, das die Bewegung des dort vorgesehenen Käfigs 36 in der Gegenrichtung begrenzt. Da beide Käfige 36 mit der Welle 7 verbunden sind, ist eine Bewegung der Welle 7 in Richtung ihrer Längsachse 23 ausgeschlossen.
Um die Schwenkachse 8 tangential an den Mantel 40 der Spannungs-Ausgleichswalze 5 zu legen, wo auch die Bahn 3 die Ausgleichswalze 5 berührt, ist ein Zwischenzahnrad 32 kämmend mit der Gewindespindel 16 und dem Zahnrad 17 vorgesehen, dessen Achse 37 mit dem Mantel 40 fluchtet. Die Zahnräder 17, 32 sind in ihrem Durchmesser entsprechend dimensioniert.
Um die Spannungs-Ausgleichswalze 5 durch aktive Regelung mittels Stellantrieben verschwenken zu können, durchdringt die Gewindespindel 16 an ihrem unteren Ende den Gehäuseblock 15. Auf diese Weise kann die Gewindespindel 16 mit einem Stellantrieb, beispielsweise einem Elektromotor oder einem Hydraulikmotor, verbunden werden, der sie in Drehung versetzt. Diese Drehung der Gewindespindel 16 wird über die Zahnräder 32 und 17 auf die Welle 7 übertragen. Das am Gegenende 9 der Welle 7 befindliche Lager 10 besitzt dann ebenfalls einen Stellantrieb. Beide Stellantriebe sind gegensinnig gekoppelt, so daß ein Lager 10 eine Aufwärtsbewegung des Wellenendes 9 und das gegenüberliegende Lager 10 eine Abwartsbewegung des Wellenendes 9 verursacht. Damit die Drehung der Gewindespindel 16 in eine Verstellung des Käfigs 36 umgesetzt wird und nicht lediglich eine Verdrehung der Welle 7 verursacht, ist am Schlitten 36 eine Bremsvorrichtung 41 vorgesehen. Sie wirkt gegen die Welle 7 und verhindert in angezogener Stellung ihre Verdrehung gegenüber dem Käfig 36. In gelöster Stellung ist die Bremsvorrichtung 41 von der Welle 7 beabstandet, so daß sich die Spannungs-Ausgleichswalze 5 frei verschwenken kann.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit aktiver Verstellung der Spannungs-Ausgleichswalze 5. Der grundsätzliche Aufbau entspricht der Vorrichtung 1 gemäß Figur 1, wobei die Welle 7 gegenüber einer Verdrehung um ihre Längsachse 23 mittels einer Bremsvorrichtung blockierbar ist. Die Gewindespindeln 16 der Lager 10 sind mit Stellantrieben 50 verbunden. Diese können beispielsweise Elektromotore mit angeflanschtem Getriebe oder Hydraulikmotore sein. Die Stellantriebe 50 versetzen die Gewindespindeln 16 in Drehung und verursachen auf diese Weise eine Höhenverstellung der Enden 9 der Welle 7. Die Stellantriebe 50 stehen mit Weggebern 51 in Wirkverbindung, die den Verstellweg der Gewindespindel 16 erfassen. Da die Drehbewegung der Gewindespindel 16 über das Zahnrad 17 mit der Welle 7 gekoppelt ist, ist das vom Weggeber 51 gewonnene Signal auch proportional zum Verstellweg des Endes 9 der Welle 7. Zwischen den Lagern 10 und dem Gestell 11 sind Kraftmeßvorrichtungen 52 vorgesehen, die die von der Spannungs-Ausgleichswalze 5 und der Bahn 3 ausgeübten Lagerkräfte F erfassen. An beiden Bahnkanten 53 sind zur ständigen Erfassung der Bahnlage Kantenfühler 54 vorgesehen.
Die Stellantriebe 50, die Weggeber 51, die Kantenmeßvorrichtungen 52 und die Kantenfühler 54 stehen mit einer Regeleinrichtung 55 in Wirkverbindung. Diese Regeleinrichtung 55 hat die Aufgabe, Spannkraftdifferenzen in beiden Bahnhälften durch Verstellen der Spannungs-Ausgleichswalze 5 auszugleichen. Ein Summierer 56 steht eingangsseitig mit den Kraftmeßvorrichtungen 52 in Wirkverbindung und berechnet die Differenz der gemessenen Lagerkräfte, die proportional zum von der Bahn 3 auf die Spannungs-Ausgleichswalze 5 ausgeübten Drehmoment ist. Das Ausgangssignal des Summierers 56 wird über einen weiteren Summierer 57 einem Regler 58 zugeführt, der vorzugsweise ein P-, PI- oder PID-Verhalten aufweist. Das vom Regler 58 gewonnene Korrektursignal wird einem nicht invertierenden Eingang 59 sowie einem invertierenden Eingang 60 von Summierern 61, 62 zugeführt, die über nicht dargestellte Leistungsverstärker mit den Stellantrieben 50 in Wirkverbindung stehen. Durch diese Regelschleife wird bei einer auftretenden Lagerkraftdifferenz zwischen den Enden 9 der Welle 7 eine gegensinnige Höhenverstellung der Welle 7 hervorgerufen, diese also verschwenkt.
Um die Lage der Schwenkachse 8 der Welle 7 konstant zu halten, wird auch der Mittelwert der Verstellwege von den Enden 9 der Spannungs-Ausgleichswalze 5 geregelt. Hierzu sind die Weggeber 51 mit einem weiteren Summierer 63 verbunden, dessen Ausgangssignal zum Mittelwert der Verstellwege beider Enden 9 der Welle 7 proportional ist. Dieses Signal wird in einem weiteren Regler 64 auf einen konstanten Sollwert geregelt. Auch der Regler 64 hat vorzugsweise ein P-, PI- oder PID-Verhalten.
Das vom Regler 64 gewonnene Korrektursignal gelangt an nicht invertierende Eingänge 65, 66 der Summierer 61, 62 und verursacht daher eine gleichsinnige Verstellung beider Enden 9 der Welle 7. Über diese Regelschleife wird die mittlere Lage der Spannungs-Ausgleichswalze 5 und damit die Lage ihrer Schwenkachse 8 festgehalten.
Die vorbeschriebenen Regelkreise setzen voraus, daß die Bahn 3 mittig über die Spannungs-Ausgleichswalze 5 verläuft, so daß für den Fall gleicher Spannkräfte in beiden Bahnhälften auch beide Lagerkräfte F gleich groß sind und deren Differenz gleich Null ist. Soll die Bahn 3 ausnahmsweise außermittig über die Spannungs-Ausgleichswalze 5 verlaufen, so verursacht dieser außermittige Lauf auch bei ausgeglichenen Spannkräften beider Bahnhälften ein Drehmoment und damit unterschiedliche Lagerkäfte F an beiden Enden 9. Um auch für diesen Anwendungsfall eine ordnungsgemäße Spannkraftregelung zu erzielen, ist eine Korrekturvorrichtung 67 vorgesehen. Diese besitzt einen Schaltungsblock 68, der eingangsseitig mit den Kantenfühlern 54 in Wirkverbindung steht. Der Schaltungsblock 68 berechnet aus den von den Kantenfühlern 54 gewonnenen Signalen den Ausdruck f = 2· L(a-b)+b 2-a 2 L(L-a-b) , wobei a, b den horizontalen Abständen der Bahnkanten 53 von den Kraftmeßvorrichtungen 52 und L dem Abstand beider Kraftmeßvorrichtungen 52 entspricht.
Das vom Schaltungsblock 68 berechnete Signal f wird in einem Muliplizierer 69 mit einem Signal multipliziert, das der gesamten von der Bahn 3 auf die Spannungs-Ausgleichswalze 5 ausgeübten Kraft entspricht. Dieses Signal wird von einem Summierer 70 gewonnen, der eingangsseitig mit den Kraftmeßvorrichtungen 52 in Wirkverbindung steht. Über einen invertierenden Eingang 71 ist der Summierer 70 mit einem Koeffizientenglied 72 verbunden, mit dessen Hilfe die Gewichtskraft der Spannungs-Ausgleichswalze 5 aus den von den Kraftmeßvorrichtungen 52 gemessenen Werten abgezogen wird. Der Multiplizierer 69 berechnet jene Kraftdifferenz beider Enden der Welle 7, die durch den außermittigen Bahnlauf verursacht wird. Dieser Wert wird einem invertierenden Eingang 73 des Summierers 57 zugeführt, so daß am Ausgang 74 des Summierers 57 ein zur Spannkraftdifferenz beider Bahnhälften proportionales Signal ansteht.
Ein Fensterkomparator 75 ist mit dem Ausgang 74 des Summierers 57 verbunden und vergleicht die Regelabweichung mit zwei festen Grenzwerten. An einem Digitalausgang 76 des Fensterkomparators 75 steht ein Null-Pegel an, wenn sich die Regelabweichung innerhalb des Bereichs zwischen den Grenzwerten befindet. Der Digitalausgang 76 steht mit einem Halteeingang 77 des Reglers 58 in Wirkverbindung, der im Falle eines Null-Pegels inaktiv wird. Dies ist wichtig, damit Integratoren im Regler 58 keine undefinierten Ausgangswerte annehmen. Zusätzlich steht der Ausgang 76 mit einer Bremsvorrichtung des Lagers 10 in Wirkverbindung, die bei anstehendem Eins-Pegel die Weile 7 gegenüber einer Verdrehung um ihre Längsachse blockiert, so daß die Stellantriebe 50 die Spannungs-Ausgleichswalze 5 verstellen können. Durch diese spezielle Anordnung wird erreicht, daß im Falle einer großen Regelabweichung die Welle 7 blockiert wird, und die Stellantriebe 50 über die Gewindespindeln 16 die Spannungs-Ausgleichswalze 5 aktiv verstellen. Diese Verstellung erfolgt sehr schnell, da die Stellantriebe 50 relativ große Kräfte auf die Spannungs-Ausgleichswalze 5 ausüben können. Sind die Spannkräfte beider Bahnhälften nahezu ausgeglichen, also die Regelabweichung am Ausgang 74 innerhalb des vom Fensterkomparator 75 festgelegten Bereichs, so wird der Regler 58 über den Halteeingang 77 abgeschaltet und die Blockierung der Welle 7 gelöst. Damit ist die Spannungs-Ausgleichswalze 5 wieder frei schwenkbar und stellt sich selbsttätig unter der Wirkung der Spannkraft der Bahn 3 ein.
Die Regeleinrichtung 55 kann durch analoge bzw. digitale Rechenschaltungen realisiert werden. Insbesondere ist eine Realisierung mittels eines Mikrocomputers vorteilhaft, da in diesem Fall zusätzliche Funktionen sowie Änderungen der Regelalgorithmen leicht durch Anpassung des Programms berücksichtigt werden können.
Bezugszeichenliste
1
Vorrichtung
2
Bahnlaufrichtung
3
Bahn
4
Walze
5
Spannungs-Ausgleichswalze
6
Walze
7
Welle
8
Schwenkachse
9
Ende
10
Lager
11
Gestell
12
Lager
15
Gehäuseblock
16
Gewindespindel
17
Zahnrad
18
Verzahnung
19
Drehrichtung
20
Säule
21
Wälzlager
22
Öffnung
23
Achse
24
Durchgangsbohrung
30
Deckel
31
Öffnung
32
Zwischenzahnrad
33
Welle
34, 35
Wälzlager
36
Käfig
37
Achse
38
Anschlag
39
Kugel
40
Mantelfläche
41
Bremsvorrichtung
50
Stellantrieb
51
Weggeber
52
Kraftmeßvorrichtung
53
Bahnkante
54
Kantenfühler
55
Regeleinrichtung
56, 57
Summierer
58
Regler
59
nicht invertierender Eingang
60
invertierender Eingang
61, 62, 63
Summierer
64
Regler
65, 66
nicht invertierender Eingang
67
Korrekturvorrichtung
68
Schaltungsblock
69
Multiplizierer
70
Summierer
71
invertierender Eingang
72
Koeffizientenglied
73
invertierender Eingang
74
Ausgang
75
Fensterkomparator
76
Digitalausgang
77
Halteeingang
a, b
Abstand der Bahnkante von den Kraftmeßvorrichtungen
D
Außendurchmesser
e
Abstand der Säulen
F
Kraft
L
Abstand
S
Schwerpunkt
ε
Ebene

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer über Walzen (4, 5, 6) gezogenen Bahn (3), vorzugsweise einer Papier- oder Folienbahn, bei dem eine die Bahn (3) umlenkende Spannungs-Ausgleichswalze (5) in einer Schwenklagerung (10) abgestützt und um eine in etwa senkrecht zu ihr liegende Schwenkachse (8) verschwenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Bahn (3) auf eine der Walzen (4, 5, 6) ausgeübtes Drehmoment erfaßt und wenigstens zeitweise durch aktives Verschwenken der Spannungs-Ausgleichswalze (5) auf einen Sollwert geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des Drehmomentes der Bahn (3) durch Messung beider Lagerkräfte (F) einer der Walzen (4, 5, 6), vorzugsweise der Spannungs-Ausgleichswalze (5), und Berechnung ihrer Differenz erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung auf an beiden Walzenenden (9) angreifende Stellantriebe (50) einwirkt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Bahn (3) durch Ertasten ihrer Randkanten (53) erfaßt, und das ermittelte Drehmoment der Bahn (3) um die bahnlaufbedingte Abweichung korrigiert wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Bahn (3) auf die Spannungs-Ausgleichswalze (5) ausgeübte Drehmoment mit einem zwischen zwei Grenzwerten liegenden Bereich verglichen wird, wobei die Spannungs-Ausgleichswalze (5) bei Drehmomenten innerhalb des Bereichs frei schwenkbar gehalten und sonst in ihrer Lage geregelt wird.
  6. Vorrichtung zum Ausgleich von Spannkräften über die Breite einer über Walzen (4, 5, 6) gezogenen Bahn (3), vorzugsweise einer Papier- oder Folienbahn, mit einer die Bahn (3) umlenkenden, frei drehbaren, auf einer um ihre Längsachse (23) verdrehbaren Welle (7) gelagerten Spannungs-Ausgleichswalze (5), wobei die Welle (7) in einer Schwenklagerung (10) abgestutzt ist, die in einem Gestell (11) gehalten ist, und die Welle (7) beidseits der Spannungs-Ausgleichswalze (5) die Bewegung ihrer beiden Enden gegensinnig koppelnd gehalten und in Kulissen (20) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellenenden (9) wenigstens zeitweise die Spannungs-Ausgleichswalze (5) verschwenkende Stellantriebe (50) angreifen, die mit einer Regeleinrichtung (55) in Wirkverbindung stehen, welche vom Drehmoment der Bahn (3) beeinflußt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (55) mit Kraftmeßvorrichtungen (52) in Wirkverbindung steht, welche an den Lagern (12) einer der Walzen (4, 5, 6), vorzugsweise der Spannungs-Ausgleichswalze (5) vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (55) von mindestens einem die Lage der Bahnkante (53) erfassenden Kantenfühler (54) beeinflußt ist.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Wellenenden (9) jeweils ein Stellantrieb (50) angreift, und die Regeleinrichtung (55) mit die Lage beider Wellenenden (9) erfassenden Weggebern (51) derart in Wirkverbindung steht, daß die beiden Stellantriebe (50) gegensinnig gekoppelt sind.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtungen (52) mit einem das von der Bahn (3) auf die Spannungs-Ausgleichswalze (5) ausgeübte Drehmoment mit einem zwischen zwei Grenzwerten liegenden Bereich vergleichenden Fensterkomparator (75) in Wirkverbindung stehen, wobei die Spannungs-Ausgleichswalze (5) bei Drehmomenten innerhalb des Bereichs frei schwenkbar gehalten und sonst von den Stellantrieben (50) in ihrer Lage geregelt ist.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (50) mit einer Gewindespindel (16) oder einer Schnecke in Wirkverbindung steht, die mit einem drehfest mit der Welle (7) verbundenen Zahnrad (17) kämmt.
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