DE3614436A1 - Messeinrichtung fuer die druckzonenbreite und/oder flaechenpressung zwischen einem wickel einer materialbahn und einer gegen den wickel gedrueckten walze und verfahren zum wickeln einer materialbahn - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatente ist eine Meßeinrichtung für die Druckzonenbreite und/oder Flächenpressung zwischen einem Wickel einer Materialbahn und einer gegen den Wickel gedrückten Walze, beispielsweise der Tragwalze. Bei dieser Meßeinrichtung sind im Mantel der Walze eine Strahlungsquelle, deren Strahlung gegen den Wickel gerichtet ist, und daneben ein Strahlungsempfänger angeordnet, der auf die am Wickel reflektierte Strahlung der Strahlungsquelle ausgerichtet ist. Mit einem Auswertgerät wird aus dem Zeitsignal des Strahlungsempfängers für die Phase der Unterbrechung des Strahlungsempfangs während der Abdeckung der Strahlungsquelle durch den Wickel und einem von einem Bahngeschwindigkeitsmesser gelieferten Signal die Druckzonenbreite und/oder die Flächenpressung des Wickels ermittelt. Das Auswertgerät kann dabei weitere für die Wickelhärte maßgebende Parameter als Korrekturgrößen berücksichtigen, wie den Radius des Wickels, das Wickelgewicht, die Länge des Wickels, das spezifische Materialbahngewicht und die Geometrie der Wickelvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, zum einen eine gegenüber dieser speziellen Lösung des Hauptpatentes allgemeinere Lösung für die Ermittlung der Druckzonenbreite des Wickels und zum anderen ein Wickelverfahren für eine Materialbahn anzugeben, bei dem die Wickelhärte während des Wickelns beeinflußbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für die Druckzonenbreite und/oder Flächenpressung zwischen einem Wickel einer Materialbahn und einer gegen den Wickel gedrückten Walze, insbesondere einer Stütz-, Trag- oder Druckwalze. Bei einer solchen Meßeinrichtung wird der erste Aufgabenteil gelöst durch mindestens einen im Mantel der Walze angeordneten Sensor, der in einer Zeitphase Δ t, in der der Abstand zum Wickel unter oder über einem Grenzwert liegt, ein Signal an ein Auswertgerät liefert, das aus diesem Signal und einem von einem beim Geschwindigkeitsmesser gelieferten Signal und weiteren Signalen, wie dem Radius, dem Gewicht und der Länge des Wickels, dem spezifischen Materialbahngewicht und der Geometrie der Wickelvorrichtung die Druckzonenbreite des Wickels ermittelt.

Wie beim Hauptpatent wird aus der Zeitphase Δ t, die ein Maß für die Abplattung und damit auch für die Wickelhärte ist, und der Materialbahngeschwindigkeit mittels des Auswertgerätes die Breite der Abplattung festgestellt. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist aber nicht auf einen speziellen Sensortyp, z. B. Strahlungsquelle/Strahlungsempfänger, beschränkt, sondern umfaßt alle Sensoren, die auf den Abstand des Wickels reagieren. Auch ist die Erfindung nicht auf die direkte Erfassung der Zeitphase Δ t beschränkt, vielmehr kann diese Zeitphase auch mittelbar, z. B. dadurch erfaßt werden, daß die Veränderung des Zustandes eines Meßgliedes erfaßt und darüber die Zeitphase Δ t ermittelt wird. Konkret könnte diese Erfassung darin bestehen, daß der Ladezustand eines während der Zeitphase Δ t von einem vorgegebenen konstanten Wert teilweise entladbaren Kondensators festgestellt wird. Da die Entladungskurve immer gleich ist, entspricht dem Ladezustand nach der Entladung ein bestimmtes Δ t.

Aus der ermittelten Druckzonenbreite und weiteren materialbahnabhängigen Größen lassen sich die Flächenpressung und/oder die Wickelhärte und/oder die Materialbahndehnung und/oder die Materialbahnspannung und/oder die spezifische Dichte der Wickellagen bzw. des Wickels ermitteln, denn zwischen der Druckzonenbreite und diesen Größen bestehen formelmäßig definierbare Beziehungen.

Da bekanntlich die Wickelhärte über die Länge eines Wickels schwankt, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, über die Länge des Wickels mehrere Sensoren im Mantel der Walze anzuordnen. Eine Verteilung von mehreren Sensoren über den Umfang des Mantels der Walze ist ebenfalls möglich. Bei dieser Ausgestaltung kann dann auch die Wickelhärteverteilung über den Umfang gemessen werden.

Es ist bekannt, daß die Wickelhärte eines Wickels von verschiedenen Faktoren abhängt und durch verschiedene Maßnahmen während des Wickelns beeinflußt werden kann. Zwar nutzte man diese Erkenntnis auch schon in der Vergangenheit, um in gewissem Umfang Einfluß auf die Wickelhärte beim Wickeln zu nehmen, doch war es nicht möglich, die Wickelhärte exakt zu steuern, weil man sich lediglich der Erfahrung aus früheren Wickelverfahren bedienen konnte. Die Erfindung macht es möglich, während des Wickelns unmittelbar in Abhängigkeit von der gerade gemessenen Wickelhärte Einfluß auf die Wickelhärte beim weiteren Wickeln zu nehmen.

Die Erfindung bezieht sich somit weiter auf ein Verfahren zum Wickeln einer Materialbahn auf einer Wickelvorrichtung, die insbesondere aus Trag- oder Stützwalzen und gegebenenfalls Druckwalzen besteht, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Bei einem solchen Verfahren wird der zweite Aufgabenteil dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der beim Wickeln ermittelten Druckzonenbreite und/oder einer anderen daraus ermittelten charakteristischen Größe des Wickels, wie die Flächenpressung zumindest ein Teil der die Wickelhärte bestimmenden Parameter, wie die Geometrie der Wickelvorrichtung, die Voreilung der Walzen, der Materialbahnzug und/oder der auf den Wickel ausgeübte Druck der Druckwalze nach einem Programm geregelt werden. Dabei werden vorzugsweise materialbahnabhängige Korrekturgrößen, wie das Materialbahnprofil, die Massenverteilung und die Feuchteverteilung berücksichtigt. Diese Korrekturgrößen werden entweder durch Messung festgestellt, oder dem Protokoll aus der Fabrikation der Materialbahnherstellung entnommen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Möglichkeit der unmittelbaren Erfassung der Druckzone bzw. der Wickelhärte während des Wickelns ausgenutzt, um unter Berücksichtigung verschiedenster, die Wickelhärte beeinflussender Faktoren korrigierend in den Wickelvorgang einzugreifen, so daß ein Wickel mit gewünschter Wickelhärte erhalten wird.

Unterschiede im Profil der Materialbahn, z. B. bei einer Papierbahn die über die Breite unterschiedliche Dicke lassen sich mit über die Länge der Walze in deren Mantel verteilt angeordnete Sensoren erfassen, so daß die Voraussetzung dafür gegeben ist, daß auch die Wickelhärte beeinflußt werden kann. Für das Regeln der Wickelhärte über die Länge des Wickels können dann abschnittweise einzelne ansteuerbare Druckwalzen vorgesehen sein.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Regeleinrichtung, bei der von der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung Gebrauch gemacht wird und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Regler, der von Meßeinrichtung den Istwert für die Wickelhärte erhält, nach einem Sollwertprogramm für die Wickelhärte ein Stellsignal an ein Stellglied von mindestens einem Teil der Wickelvorrichtung liefert, mit dem die Wickelhärte beeinflußbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Wickelvorrichtung mit einer Meß- und Regeleinrichtung für die Wickelhärte und

Fig. 2 einen Teil der Meßeinrichtung für die Wickelhärte eines Wickels.

Die in der Zeichnung dargestellte Wickelvorrichtung besteht aus zwei Tragwalzen 1, 2 und einer Druckwalze 3. Zwischen diesen drei Walzen 1 bis 3 ist ein Wickel 4 eingeklemmt. Eine aufzuwickelnde Materialbahn 5 läuft über eine der angetriebenen Tragwalzen 2, 3.

Die Druckwalze 3 lastet mit ihrem Eigengewicht auf dem Wickel 4. Dieser Last ist noch eine auf die Druckwalze 3 einwirkende einstellbare Kraft P überlagert, so daß die Gesamtbelastung K am Wickel wirksam ist.

Die Auflagekraft N an den Tragwalzen 1, 2 hängt ab von dem Eigengewicht der Druckwalze 3 und der Kraft P aus dem Gewicht des Wickels 4, das mit zunehmenden Radius r des Wickels 4 größer wird. Ferner hängt die Auflagekraft N von der geometrischen Anordnung der Wickelvorrichtung ab, und zwar vom Abstand der Tragwalzen 1, 2, deren Radius, einer möglichen Höhenversetzung und dem Radius r des Wickels 4. Über Signalgeber, die die Position des Lagers der Druckwalze 3 und die Drehzahl einer der beiden Tragwalzen 1, 2 überwachen, lassen sich die variablen Signale r für den Wickelradius des Wickels 4 und v für die Bahngeschwindigkeit der Materialbahn 5 feststellen. Diese Signale werden einem Auswertgerät A geliefert.

Für die Erfassung der Druckzonenbreite (in Umfangsrichtung des Wickels 4) an einer Tragwalze 2 sind axial über die Länge der Tragwalze verteilt mehrere Sensoren im Mantel der Tragwalze 2 angeordnet, die Signale Δ t₁, Δ t₂, Δ t₃ an das Auswertgerät A liefern.

In Fig. 2 ist die Anordnung eines Sensors 6 im Mantel der Tragwalze 2 zusammen mit dem von ihn gelieferten Zeitsignal darstellt. Als Sensor 6 können die verschiedensten Sensoren verwendet werden, sofern sie nur geeignet sind, auf die Nähe des Wickels 4 zu reagieren.

Die Funktion des Sensors 6 ist folgende:

Bei Drehung der Tragwalze 2 in Richtung des Pfeils erzeugt der Sensor, sobald er in die gestrichelte Position gelangt, einen Schaltvorgang, in den das Signal von 1 auf 0 fällt. Dieser Signalzustand bleibt für die Zeitphase Δ t erhalten, also solange, bis daß der Sensor in die ausgezeichnete Position 6 gelangt. Sowohl in der strichpunktierten als auch in der ausgezeichneten Position befindet sich der Wickel 4 in einem Abstand, der dem Grenzwert entspricht, bei dem der Sensor 6 anspricht.

Anstelle der Erfassung des Zeitsignals Δ t kann auch ein Zeitsignal Δ t′ erfaßt werden, das dem Umfangsbereich entspricht, in dem der Sensor einen über dem Grenzwert liegenden Abstand vom Wickel hat. Während im ersten Fall das Signal Δ t unmittelbar der Breite der Abplattung entspricht, entspricht das Signal Δ t′ dem Umfang des Wickels 4 minus der Breite der Abplattung des Wickels 4. In jedem Fall erhält man also eine Aussage über die Druckzonenbreite.

Aus dem gewonnenen Zeitsignal Δ t und dem Geschwindigkeitssignal v der Materialbahn läßt sich nach der Formel Δ t s = v · Δ t die Druckzonenbreite berechnen.

In Verbindung mit anderen Einflußgrößen für die Wickelhärte, wie dem Wickelradius r, der Länge l des Wickels, der Kraft K der Druckwalze auf den Wickel 4, dem spezifischen Materialbahngewicht γ und der Geometrie der Wickelvorrichtung läßt sich in dem Auswertgerät A nach der Formel

die Wickelhärte W _H berechnen, wobei die Stützkraft N = f (G, K) ist. In die Stützkraft N gehen die Druckkraft K der Druckwalze 6, das spezifische Materialbahngewicht γ und die Geometrie der Wickelvorrichtung als Konstanten ein. Nach anderen Formeln lassen sich in entsprechender Weise unter Berücksichtigung weiterer materialbahnabhängiger Größen andere charakeristische Werte für den Wickel ermitteln.

Die auf diese Art und Weise ermittelte Wickelhärte W _H wird als Istwert einem Regler R zugeführt. Der Regler R liefert ein Stellsignal für die Einstellung der auf die Druckwalze 3 einwirkenden Kraft P. Als Sollwert S kann dem Regler ein Programm in Abhängigkeit vom Radius r des Wickels 4 vorgegeben werden. Ferner können dem Regler R materialbahnabhängige Korrekturgrößen C, wie das Materialbahnprofil, die Massenverteilung und die Feuchteverteilung zugeführt werden. Unter Berücksichtigung all dieser Werte stellt der Regler R die Druckkraft P ein.

Es versteht sich, daß bei über die Länge des Wickels verteilt angeordneten Sensoren der Regler R für die einzelnen Abschnitte individuelle Stellsignale an die aus einzelnen Abschnitten bestehende Druckwalze 3 liefert.

Die Beeinflussung der Wickelhärte ist nicht nur über die Druckwalze 3, sondern auch über andere Einflußgrößen, wie Voreilung der angetriebenen Tragwalzen 1, 2, und die Geometrie der gesamten Vorrichtung möglich.

Claims (7)

1. Meßeinrichtung für die Druckzonenbreite und/oder Flächenpressung zwischen einem Wickel einer Materialbahn und einer gegen den Wickel gedrückten Walze, insbesondere einer Stütz-, Trag- oder Druckwalze, gekennzeichnet durch mindestens einen im Mantel der Walze (2) angeordneten Sensor (6), der in einer Zeitphase Δ t, in der der Abstand zum Wickel (4) unter oder über einem Grenzwert liegt, ein Signal Δ t an ein Auswertgerät (A) liefert, das aus diesem Signal Δ t und einem von einem Geschwindigkeitsmesser gelieferten Signal (v) und weiterer Signale, wie dem Radius (r), dem Gewicht (G) und der Länge (l) des Wickels (4), dem spezifischen Materialbahngewicht und der Geometrie der Wickelvorrichtung die Druckzonenbreite des Wickels (4) ermittelt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Druckzonenbreite und weiteren materialbahnabhängigen Größen die Flächenpressung und/oder die Wickelhärte und/oder die Materialbahndehnung und/ oder die Materialbahnspannung und/oder die spezifische Dichte der Wickellagen bzw. des Wickels ermittelt wird bzw. werden.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel der Walze (2) über deren Länge verteilt mehrere Sensoren (6) angeordnet sind.

4. Verfahren zum Wickeln einer Materialbahn auf einer Wickelvorrichtung, die insbesondere aus Trag- oder Stützwalzen und gegebenenfalls Druckwalzen besteht, unter Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der beim Wickeln ermittelten Druckzonenbreite und/oder einer anderen daraus ermittelten charakteristischen Größe des Wickels, wie Flächenpressung und dgl. zumindest ein Teil der die Wickelhärten bestimmenden Parameter, wie die Geometrie der Wickelvorrichtung, die Voreilung der Walzen, der Materialbahnzug und/oder der auf den Wickel ausgeübte Druck nach einem Programm geregelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Regeln der Wickelhärte materialbahnabhängige Korrekturgrößen, wie das Materialbahnprofil, die Massenverteilung und die Feuchteverteilung berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge der den oder die Wickel tragenden Tragwalze oder stützenden Stützwalze die Druckzonenbreite des Wickels oder der Wickel abschnittweise erfaßt wird und die Beeinflussung der Wickelhärte individuell für die Wickelabschnitte erfolgt.

7. Regeleinrichtung für die Wickelhärte einer auf einer Wickelvorrichtung zu wickelnder Materialbahn unter Verwendung einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, der Regler (R), der von der Meßeinrichtung (A) den Istwert für die Wickelhärte erhält, nach einem Sollwertprogramm für die Wickelhärte ein Stellsignal an ein Stellglied von mindestens einem Teil der Wickelvorrichtung (1, 2, 3) liefert, mit dem die Wickelhärte beeinflußbar ist.