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Dokumentenidentifikation DE10129889A1 24.01.2002
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn
Anmelder Heidelberger Druckmaschinen AG, 69115 Heidelberg, DE
Erfinder Müller, Tobias, Dr., 69493 Hirschberg, DE
DE-Anmeldedatum 21.06.2001
DE-Aktenzeichen 10129889
Offenlegungstag 24.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.01.2002
IPC-Hauptklasse B65H 26/00
IPC-Nebenklasse B41F 33/06   B41F 33/14   H01Q 13/00   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn (5), insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn (5) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, bei dem die Geschwindigkeit der Bahn (5) durch berührungslose Messung nach dem Dopplerprinzip bestimmt und nachfolgend ausgewertet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste lokale Geschwindigkeit der Bahn (5) an einer ersten Messposition (10a bis 10g) unter Einsatz von Mikrowellen bestimmt wird, und dass wenigstens eine zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn (5) an wenigstens einer zweiten Messposition (10a bis 10g) unter Einsatz von Mikrowellen bestimmt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn, insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, bei dem die Geschwindigkeit der Bahn durch berührungslose Messung nach dem Dopplerprinzip bestimmt und nachfolgend ausgewertet wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Erfassen einer Störung beim Transport einer Bahn, insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, welche einen Detektor umfasst, der die Geschwindigkeit der Bahn berührungslos nach dem Dopplerprinzip bestimmt und einer nachgeordneten Auswerteeinheit zuführt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.

Aus der DE 196 11 878 A1 ist ein Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer durchgehenden Papierbahn in einer Druckmaschine bekannt, bei welchem eine Geschwindigkeitsbestimmung der Bahn nach einer klassischen kontaktfreien Methode auf optischem Wege oder mit Hilfe des Schalls durchgeführt und anschließend ausgewertet wird. Die derart bestimmte Augenblicksgeschwindigkeit der Bahn wird entweder mit einer virtuellen Geschwindigkeit der Bahn, welche aus der mechanischen Geschwindigkeit der Druckmaschine bestimmt wird, mit der mittleren Geschwindigkeit der Bahn, welche während der Zeit vor der Messung der Augenblicksgeschwindigkeit gemessen wurde, oder mit einer Geschwindigkeit der Bahn zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Messung der Augenblicksgeschwindigkeit verglichen. Anschließend wird der Unterschied zwischen der Augenblicksgeschwindigkeit und der Vergleichsgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Beim Überschreiten des Schwellenwertes kann eine Auffangvorrichtung für die Bahn ausgelöst werden und/oder die Druckmaschine angehalten werden.

Es ist ein Nachteil des beschriebenen Verfahrens, dass Geschwindigkeitsänderungen der Bahn, welche nicht durch einen Bahnbruch bedingt sind und z. B. von longitudinalen Schwingungen der Bahn herrühren, einen Maschinenstopp auslösen und eine Bahnfangvorrichtung aktivieren können. Das beschriebene Verfahren kann, da es nur an einer Stelle der Bahn die Geschwindigkeit bestimmt, eine solche Schwingung der Bahn nicht von einer Geschwindigkeitsänderung unterscheiden, die aufgrund eines Bahnbruchs hervorgerufen wird. Ein Maschinenstopp führt jedoch für den Drucker zum einen zu einem enormen Zeitverlust und zum anderen zu erheblichen Kosten, die infolge des eintretenden Produktionsausfalls der Druckmaschine während des Stillstandes durch anfallende Makulatur beim Wiedereinführen einer neuen Bedruckstoffbahn in die Maschine sowie beim Entfernen der bereits bedruckten und gerissenen Bedruckstoffbahn aus der Maschine entstehen. Weiterhin birgt ein Bahnriss die Gefahr des Aufwickelns der Papierbahn auf Druckwerkszylinder und somit die Gefahr von massiven Beschädigungen der Druckwerke.

Es ist weiterhin von Nachteil, dass Vorrichtungen, bei denen die Bestimmung der Geschwindigkeit mit optischen Methoden erfolgt, in der Regel sehr hohe Anschaffungskosten erfordern und im Betrieb sehr verschmutzungsempfindlich und dadurch sehr wartungsintensiv sind. Vorrichtungen, bei denen die Messung mit Hilfe von Schallwellen durchgeführt wird, sind zudem recht ungenau und unzuverlässig.

Eine weitere Schwierigkeit des beschriebenen Verfahrens ergibt sich daraus, dass bei Einsatz von optischen Methoden die Messgenauigkeit nicht unabhängig vom gedruckten Sujet ist, da sich der Reflexionsgrad der Bahn abhängig vom Druckbild ändert.

Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile überwindet, und welches insbesondere beim Auftreten von Bahn-Schwingungen, bei denen keine Gefahr eines Bahnbruchs besteht, die Erfassung einer Störung ausschließt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen einer Störung beim Transport einer Bahn zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet, und welche insbesondere nur solche Bewegungsänderungen der Bahn als Störung erfasst, die die Gefahr eines Bahnbruchs bergen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und 8 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn, insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste lokale Geschwindigkeit der Bahn an einer ersten Messposition unter Einsatz von Mikrowellen und wenigstens eine zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn an einer zweiten, zur ersten Messposition in Bahnlaufrichtung beabstandeten Messposition unter Einsatz von Mikrowellen bestimmt wird, ein Ist-Wert aus der ersten lokalen Geschwindigkeit und wenigstens der zweiten lokalen Geschwindigkeit bestimmt wird, die Abweichung des Ist- Wertes von einem vorgegebenen Soll-Wert bestimmt wird, und dass die Abweichung des Ist-Wertes von dem vorgegeben Soll-Wert mit einem vorgegebenen Schwellen-Wert verglichen wird.

Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass sich mit dieser eine Störung zuverlässig, schnell und kostengünstig sowie weitestgehend wartungsfrei erfassen lässt.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Störungserfassung beim Transport der Bahn, wobei nicht auf einen Bahnriss beruhende Änderung der Geschwindigkeit der Bahn, die z. B. bei longitudinale Schwingungen der Bahn auftreten, nicht als Störung erfasst werden. Hierzu wird die Geschwindigkeit der Bahn nicht nur an einer Messposition, sondern erfindungsgemäß an wenigstens zwei Messpositionen lokal bestimmt und die wenigstens zwei gemessenen lokalen Geschwindigkeiten der Bahn nachfolgend ausgewertet. Gegenüber einer Messung mit Hilfe von optischen Methoden besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Verschmutzungsanfälligkeit durch den Einsatz von Mikrowellen minimiert wird und die Stärke des reflektierten Signals nicht oder nur sehr geringfügig durch das vorbeilaufende Druckbild beeinflusst wird. Gegenüber der Verwendung von Schallwellen ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Mikrowellen ferner der Vorteil, dass, aufgrund der kleineren Wellenlänge, eine erheblich feinere und präzisere Abstimmung erreicht wird und sich demgemäss Ungenauigkeiten und Unzuverlässigkeiten der einzelnen Messungen nicht uneingeschränkt verstärken.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zudem den Vorteil, dass die Bestimmung der lokalen Geschwindigkeiten der Bahn unter Einsatz von Mikrowellenstrahlung im Vergleich zu den zuvor genannten Verfahren bei gleichzeitig höherer Zuverlässigkeit erheblich kostengünstiger ist.

Der Einsatz von Mikrowellen zur Durchführung des Verfahrens ist ferner, bedingt durch die Verschmutzungsunempfindlichkeit, weitestgehend wartungsfrei.

Die wenigstens zwei Messpositionen können in vorteilhafter Weise in Bahnlaufrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sein. Es können z. B. Messpositionen zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Druckwerken vorgesehen sein. Weitere Messpositionen können vor dem ersten Druckwerk, vor und/oder nach einem Trockner sowie vor und/oder nach einer Kühlwalzengruppe vorgesehen sein. Weiterhin können die Messpositionen vor oder in dem Falzapparat angeordnet sein, wobei die letzte Messposition sich vorzugsweise vor dem ersten Querschneider befindet. Hierbei kann die relative Anordnung der jeweiligen Messpositionen in vorteilhafter Weise senkrecht zur Bahnlaufrichtung beliebig gewählt werden, wenn Bewegungsänderungen der Bahn quer zur Bahnlaufrichtung nicht beobachtet werden sollen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die erste und wenigstens die zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn im Wesentlichen zeitgleich bestimmt werden. Durch die synchrone Bestimmung der lokalen Bahngeschwindigkeiten können fehlerhafte Störungserfassungen vermieden werden, welche z. B. durch eine stetig zunehmende Geschwindigkeit der Bahn beim Hochfahren der Druckmaschine verursacht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Steuersignal erzeugt werden, wenn die Abweichung des Ist-Wertes von dem vorgegebenen Soll-Wert größer als der vorgegebene Schwellen-Wert ist. Es kann ferner vorgesehen sein, in Abhängigkeit von diesem Steuersignal einen Maschinenstopp auszulösen, um Beschädigungen, insbesondere an Druckwerken der Druckmaschine, zu verhindern. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, wenigstens eine Bahnfangvorrichtung zu betätigen, welche das freie Ende der Papierbahn nach einem Bahnbruch erfasst und die Bahn zur Verhinderung von Schäden von den Druckwerken mit hoher Geschwindigkeit entfernt. Weiterhin kann bei Erfassung einer Störung auch ein akustisches oder optisches Signal erzeugt werden.

Durch Vorgabe des Soll-Wertes und des Schwellen-Wertes kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise ein steuernder Eingriff durch den Drucker vorgenommen werden, z. B. um den Soll- oder den Schwellen-Wert an den jeweiligen Bedruckstoff, die Bedruckstoffeigenschaften, den Feuchtigkeitsgehalt der Bedruckstoffbahn, die Art des Druckauftrages etc. anzupassen. Eine Verkleinerung des Schwellen-Wertes führt z. B. zu einem Verfahren, bei welchem Störungen im Transport der Bahn schon bei kleinen Abweichungen erfasst werden, welches demgemäss weniger störungstolerant ist. Solche Anpassungen der vorgegebenen Werte können z. B. dann vorgenommen werden, wenn Änderungen des Elastizitätsmoduls der Papierbahn auftreten. So ist es z. B. bekannt, dass mit sich verringerndem Durchmesser der Vorratspapierbahnrolle das Elastizitätsmodul der Papierbahn abnimmt, wodurch bei gleicher Bahnelongation geringere Bahnspannungen auftreten. Weiterhin können auch Schwankungen der Papierdicke zu Elastizitätsmoduländerungen führen.

Der vorgegebene Soll-Wert und/oder der vorgegebene Schwellen-Wert können in vorteilhafter Weise auch in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Druckmaschine veränderbar sein. So kann z. B. der vorgegebene Soll-Wert und/oder der vorgegebene Schwellen-Wert in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit oder der veränderbar sein, wodurch einem erhöhten Störpegel Rechnung getragen werden kann, der mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit einhergeht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zur Analyse der Geschwindigkeit der Bahn die Bestimmung des Ist-Wertes und/oder die Bestimmung der Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert durch Berechnung unter Einsatz eines Computerprogramms erfolgen, wodurch die Bestimmungen in vorteilhafter Weise änderbar und speicherbar werden. Dabei können die Änderungen der Bestimmungen durch den Drucker eingegeben und/oder aus gespeicherten Vorgaben für z. B. unterschiedliche Papierdicken, Papierarten, Luftfeuchtigkeitswerte, Temperaturwerte sowie Farb- und Feuchtmittelmengen ausgewählt werden, oder auch automatisch erfolgen. Es kann auch vorgesehen sein, verschiedene Algorithmen zur Bestimmung der Werte bereitzustellen und bei gegebenen Betriebsbedingungen, für welche der jeweilige Algorithmus entwickelt wurde, einzusetzen.

Bei Durchführung des Verfahrens unter Einsatz eines Computerprogramms ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, die oben genannten Abhängigkeiten des vorgegebenen Soll-Wertes und/oder des vorgegebenen Schwellen-Wertes von den Betriebsparametern der Druckmaschine vorzugsweise automatisch mit in die Berechnung aufzunehmen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass das Verfahren in einem weiteren Schritt die Bestimmungen, welche unter Einsatz eines Computerprogramms erfolgen, und/oder deren Ergebnisse im Anschluss daran für den Drucker über eine optische Anzeige sichtbar macht.

So kann es z. B. in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, durch den Einsatz eines Computerprogramms den Schwellen-Wert automatisch in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit oder der Bahngeschwindigkeit zu verändern, z. B. bei steigender Geschwindigkeit herabzusetzen, um die Toleranz beim Erfassen einer Störung, z. B. eines Bahnbruchs, zu verringern und hierdurch eine größere Sicherheit zu gewährleisten.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der vorgegebene Soll-Wert eine auf der Basis der mechanischen Geschwindigkeit wenigstens einer Baugruppe der Druckmaschine errechnete theoretische Bahngeschwindigkeit ist. So kann z. B. mittels eines Drehgebers, welcher an der Achse der Papierrolle oder an einer Achse eines Zylinders eines Druckwerks der Druckmaschine angeordnet ist, die mechanische Geschwindigkeit der Baugruppe der Druckmaschine bestimmt werden und daraus eine theoretische Bahngeschwindigkeit errechnet werden. Die theoretische Bahngeschwindigkeit kann nachfolgend als Soll-Wert bei der Auswertung der Geschwindigkeit der Bahn verwendet werden, wodurch es auf einfache Weise möglich wird, eine erhöhte Geschwindigkeit der Bahn nach einem Bahnbruch zu erfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, durch den Drucker oder automatisch eine Auswahl der vorhandenen Messpositionen zu treffen, d. h. nur eine Teilmenge der vorhandenen Messpositionen zur Bestimmung der lokalen Geschwindigkeiten zu nutzen. So können z. B. in vorteilhafter Weise solche Messpositionen nicht berücksichtigt werden, an welchen bei gegebenen Betriebsbedingungen kein Bahnriss zu erwarten ist, so dass eine Vereinfachung des Auswerteverfahrens eintritt und sich somit eine schnelle und zuverlässige Auswertung und somit auch Überwachung der Bahngeschwindigkeit und eines möglichen Bahnrisses ergibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn, insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, zeichnet sich durch einen ersten Mikrowellendetektor an einer ersten Messposition, der eine erste lokale Geschwindigkeit der Bahn bestimmt und einer Auswerte-Einheit zuführt, sowie einen zweiten Mikrowellendetektor an einer zweiten, zur ersten Messposition in Bahnlaufrichtung beabstandeten Messposition, der eine zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn bestimmt und der Auswerte-Einheit zuführt, aus, wobei die Auswerte-Einheit aus der ersten lokalen Geschwindigkeit und wenigstens der zweiten lokalen Geschwindigkeit einen Ist-Wert bestimmt, die Abweichung des Ist-Wertes von einem vorgegebenen Soll-Wert bestimmt, und die Abweichung des Ist-Wertes von dem vorgegebenen Soll-Wert mit einem vorgegebenen Schwellen-Wert vergleicht.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Mikrowellendetektoren eine Mikrowellenantenne umfasst, welche als Sender und als Empfänger eingesetzt wird, wodurch eine zusätzliche Kostenersparnis erreicht wird. Die Mikrowellenantenne kann in vorteilhafter Weise in einem flachen Winkel zur Oberfläche der Bahn angeordnet sein, wodurch eine Verstärkung des Dopplereffektes erreicht wird. Weiterhin kann die Mikrowellenantenne in vorteilhafter Weise in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Oberfläche der Bahn angeordnet sein, da bei zu flacher Anordnung der Antenne ein Durchstrahlen der Bahn zu Reflexionen an bewegten, insbesondere rotierenden Druckwerksteilen und damit zu fehlerhaften Empfangssignal-Auswertungen führen kann.

Es kann jedoch gemäß einer weiteren einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls vorteilhaft sein, dass wenigstens einer der Mikrowellendetektoren eine erste Mikrowellenantenne und eine zweite Mikrowellenantenne umfasst, wobei die erste Mikrowellenantenne als Sender und die zweite Mikrowellenantenne als Empfänger eingesetzt wird. Hierdurch können Sender und Empfänger in unterschiedlichen Winkelstellungen zur Bahn angeordnet werden und somit Reflexionen der gesendeten Mikrowellen an bewegten, insbesondere rotierenden Druckwerksteilen ausgeblendet werden und lediglich die Reflexionen an der bewegten Bahn zur weiteren Auswertung herangezogen werden.

Es kann ferner vorgesehen sein, die Mikrowellenantenne als Horn- oder als Planarantenne auszubilden, wobei die Planarantenne auch in Form einer Array-Antenne ausgebildet sein kann.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der Mikrowellendetektor zusätzlich einen Digitalen Signal-Prozessor umfasst, welcher aus dem empfangenen Frequenzspektrum ein der Bahngeschwindigkeit proportionales Signal erzeugt und dieses an die nachgeordnete Auswerte-Einheit weiterleitet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einen Detektor umfassen, der an wenigstens einer der Baugruppen der Druckmaschine angeordnet ist und die mechanische Geschwindigkeit der Baugruppe bestimmt und der Auswerte-Einheit zuführt, um als Referenz-Geschwindigkeit in die Auswertung einzufließen. Der Detektor kann z. B. an der Welle der Vorratspapierbahnrolle oder an einen Druckwerkszylinder angeordnet sein und deren Geschwindigkeit bestimmen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rollenrotationsdruckmaschine mit mehreren Messpositionen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Mikrowellendetektors, welcher eine Mikrowellenantenne umfasst,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Mikrowellendetektors, welcher zwei Mikrowellenantennen umfasst,

Fig. 4 Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Rollenrotationsdruckmaschine in Längsbauweise mit einem Rollenwechsler 1, vier Druckwerken 2a-2d, einem Heißlufttrockner 3 und einer Kühlwalzeneinheit 4. Die Papierbahn 5 wird von einer Papierrolle 6 im Rollenwechsler 1 abgewickelt und durchläuft nacheinander die Druckwerke 2a-2d, den Heißlufttrockner 3, die Kühlwalzeneinheit 4 und wird anschließend einer weiteren Verarbeitungseinheit, z. B. einem Falzapparat, zugeführt. Die lokale Geschwindigkeit der Bahn 5 wird an mehreren Messpositionen mit Mikrowellendetektoren 10a bis 10g durch berührungslose Messung bestimmt und die Ergebnisse dieser Messungen werden als der Geschwindigkeit der Bahn proportionale Signale über Signalleitungen 12a bis 12g einer Auswerte-Einheit 20 zugeführt. Zur Bestimmung der lokalen Geschwindigkeiten der Bahn 5 an den verschiedenen Messpositionen umfasst jeder Mikrowellendetektor einen Mikrowellensender und -empfänger, wobei Sender und Empfänger zwei getrennte oder dieselbe Mikrowellenantenne sein können.

Die Messung der Geschwindigkeit der Bahn 5 beruht hierbei auf dem Dopplerprinzip, welches das physikalische Phänomen beschreibt, dass relativ zueinander bewegte Sender und Empfänger einer Welle nicht die gleiche Wellenlänge bzw. Frequenz zuordnen. Man spricht in diesem Fall auch von einer Frequenzverschiebung. Beim Empfang ausgesendeter und reflektierter Wellen multipliziert sich der Effekt der Frequenzverschiebung. Desweiteren ist der Dopplereffekt winkelabhängig, d. h. abhängig von dem Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung der Welle und der relativen Bewegungsrichtung von Sender und Empfänger, wobei bei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen kein Dopplereffekt auftritt. Für die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt, für den Fall, dass ein ruhender Sender Wellen aussendet, welche von einem bewegten Objekt reflektiert werden und von einem ebenfalls ruhenden Empfänger empfangen werden gilt folgende Beziehung:





wobei

Δf Frequenzverschiebung

f gesendete Frequenz (z. B. 24-GHz-Mikrowellen)

v Geschwindigkeit des bewegten Objekts (z. B. der Papierbahn)

c Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle (z. B. Lichtgeschwindigkeit)

α Winkel zwischen Ausbreitungsrichtung der gesendeten Welle und der Bewegungsrichtung des Objekts

β Winkel zwischen Ausbreitungsrichtung der reflektierten Welle und der Bewegungsrichtung des Objekts

und wobei die Vorzeichen der Kosinus-Terme der Vorzeichen-Wahl der beiden Winkel derart anzupassen sind, dass für den Fall α = β der Wert der Frequenzverschiebung Δf gerade Null wird.

Die auftretenden Frequenzverschiebungen bei Verwendung von Mikrowellen (c ≈ 3.108m/s) zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Papierbahn (v ≈ 15 m/s) liegen im Größenordnungsbereich von 10-8.

Fig. 1 zeigt weiterhin einen Drehgeber 11, der an der angetriebenen Achse eines Zylinders 15 des Druckwerks 2d angeordnet ist und der ein der mechanischen Geschwindigkeit des Zylinders 15 proportionales Signal erzeugt und dieses der Auswerte- Einheit 20 über die Signalleitung 13 zugeführt. Die der Auswerte-Einheit 20 von den Mikrowellendetektoren 10a bis 10g und von dem Drehgeber 11 zugeführten Signale werden in der Auswerte-Einheit 20 gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ablaufdiagramm ausgewertet. Wenn ein Bahnbruch erfasst wird, wird eine Bahnfangvorrichtung 7 ausgelöst, indem über eine Signalleitung 14 der Bahnfangvorrichtung 7 ein Auslöse-Signal zugeführt wird. Die Bahnfangvorrichtung 7 erfasst das freie Ende der gerissenen Papierbahn 5 und zieht diese von den Zylindern des Druckwerks 2d weg. Ferner wird bei erfasstem Bahnbruch über weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Signalleitungen ein Maschinenstopp ausgelöst, bei dem sämtliche Baugruppen der Druckmaschine zur Vermeidung von Schäden schnellstmöglich gestoppt werden.

In Fig. 2 ist ein zwischen zwei Druckwerken 2a und 2b angeordneter Mikrowellendetektor 10b gezeigt, der eine Mikrowellenantenne umfasst, welche gleichzeitig als Sender und als Empfänger eingesetzt wird. Die bewegte Papierbahn 5 wird von dem Detektor 10b mit Mikrowellen 22 bestrahlt und durch die Bewegung der Bahn 5 erfolgt eine Frequenzverschiebung der reflektierten Mikrowellen 24, welche von dem Detektor 10b empfangen werden. Der Detektor besitzt weiterhin einen Digitalen Signal- Prozessor, der aus dem empfangenen Frequenzspektrum die zur bewegten Bahn 5 gehörende, verschobene Frequenz extrahiert und ein Signal erzeugt, das der extrahierten Frequenz und somit der Geschwindigkeit der Bahn 5 proportional ist und das über eine Signalleitung 12b der Auswerte-Einheit 20 zugeführt wird. Der Mikrowellendetektor ist vorzugsweise derart zur Papierbahn 5 angeordnet, dass die gesendeten Mikrowellen 22 in einem Winkel α von etwa 45 Grad auf die Papierbahn 5 treffen. Da der Detektor 10b als Sender und auch als Empfänger genutzt wird, werden auch die empfangenen Mikrowellen 24 in einem Winkel α von etwa 45 Grad von der Papierbahn 5 reflektiert.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung eines Mikrowellendetektors 10b zeigt eine Ausführungsform, bei der der Detektor zwei getrennte Mikrowellenantennen umfasst, wobei eine Antenne als Mikrowellensender 26 und die andere Antenne als Mikrowellenempfänger 28 eingesetzt wird. Hierbei ist der Sender 26 derart zur Papierbahn 5 angeordnet, dass die gesendeten Mikrowellen 22 in einem Winkel α von etwa 45 Grad auf die Papierbahn 5 treffen, während der Sender derart angeordnet ist, dass die empfangenen Mikrowellen 24 in einem Winkel β von mehr als 45 Grad von der Papierbahn 5 reflektiert werden. Durch diese Anordnung kann verhindert werden, dass sich Signale 30 von bewegten Druckwerksteilen, z. B. einer rotierenden Walze 32, sich mit dem Signal der bewegten Bahn 5 derart überlagern, dass eine Trennung der beiden Signale nicht oder nur mit großer Ungenauigkeit möglich ist.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Störungserfassung beim Transport einer Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine. In den Verfahrensschritten 40, 42 und 44 werden lokale Geschwindigkeiten v1, v2 und v3 bestimmt, was erfindungsgemäß unter Einsatz von Mikrowellendetektoren geschieht. Die Bestimmungen der lokalen Geschwindigkeiten der Bahn kann in vorteilhafter Weise im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden. In einem Verfahrensschritt 46 wird aus den gemessenen Geschwindigkeiten v1, v2 und v3 der Bahn ein Ist-Wert vi bestimmt. Der Ist-Wert vi kann z. B. durch Mittelwertbildung, Minimalwertbildung oder Maximalwertbildung der gemessenen lokalen Geschwindigkeiten der Bahn v1, v2 und v3 bestimmt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Ist-Wert vi nicht aus der Gesamtheit der gemessenen lokalen Geschwindigkeiten der Bahn, sondern lediglich aus einer Teilmenge von wenigstens zwei der gemessenen lokalen Geschwindigkeiten, z. B. der beiden gemessenen lokalen Geschwindigkeiten der Bahn zweier benachbarter Messpositionen, zu bestimmen. Es ist weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, bei der Bestimmung des Ist-Wertes vi die gemessenen lokalen Geschwindigkeiten der Bahn v1, v2 und v3 mit unterschiedlichem Gewicht in die Bestimmung einfließen zu lassen, wobei v1, v2 und v3 jeweils ein der jeweiligen Messposition entsprechender Wichtungsfaktor zugeordnet wird, der z. B. zur Wahrscheinlichkeit eines in der Nähe der Messposition stattfindenden Bahnrisses proportional ist. Ferner kann es möglich sein, jeden einzelnen der gemessenen lokalen Geschwindigkeitswerte v1, v2 und v3 als Ist-Wert zu übernehmen, so dass den nachfolgenden Verfahrensschritten nicht ein einzelner Ist-Wert, sondern eine Anzahl von Ist-Werten zur nachfolgenden Analyse bereitgestellt wird. Die Anzahl der Ist-Werte kann hierbei gleich der Anzahl der gemessenen lokalen Geschwindigkeiten oder auch geringer sein, falls eine Teilmenge der Messpositionen zur Störungserfassung ausgewählt wurde. Für jeden einzelnen Ist-Wert kann anschließend die nachfolgende Analyse getrennt durchgeführt werden, wobei die jeweiligen Analysen gleichzeitig oder sequentiell durchgeführt werden können.

In einem Verfahrensschritt 48 wird ein Soll-Wert vs vorgegeben, welcher eine aus der mechanischen Geschwindigkeit wenigstens einer Baugruppe der Druckmaschine errechnete theoretische Bahngeschwindigkeit sein kann. Der vorgegebene Soll-Wert vs wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 50 mit dem Ist-Wert vi verglichen. Es kann hierbei z. B. der als Mittelwert bestimmte Ist-Wert vi durch Differenzbildung mit dem Soll- Wert vs verglichen werden. Es ist ferner auch möglich, mehrere Ist-Werte, die wie oben erwähnt, den einzelnen gemessenen lokalen Geschwindigkeiten v1, v2 und v3 entsprechen können, jeweils mit dem Soll-Wert vs durch Differenzbildung zu vergleichen. Es kann weiterhin vorgesehen sein, aus den gemessenen Geschwindigkeiten benachbarter Messpositionen, wie oben erwähnt, jeweils einen Ist-Wert vi zu bestimmen und diese Ist- Werte vi jeweils mit dem Soll-Wert vs, z. B. durch Differenzbildung zu vergleichen. In Verfahrensschritt 52 wird ein Schwellen-Wert Δvs vorgegeben, welcher z. B. an Betriebsbedingungen, wie Bahngeschwindigkeit oder Bahnspannung angepasst werden kann. Darauffolgend wird in dem Verfahrensschritt 54 die ermittelte Abweichung des Ist- Wertes vi von dem Soll-Wert vs mit dem vorgegebenen Schwellen-Wert Δvs, z. B. durch Differenzbildung, verglichen. Wenn dabei die Abweichung größer als der vorgegebene Schwellen-Wert Δvs ist, wird in diesem Fall in einem Verfahrensschritt 56 ein Steuersignal erzeugt, welches einen Maschinenstopp und in einem weiteren Verfahrensschritt 58 eine Bahnfangvorrichtung auslöst. Ist die Abweichung nicht größer als der vorgegebene Schwellenwert, wird das Verfahren ab Verfahrensschritt 40 erneut durchlaufen. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Rollenwechsler

2a bis 2d Druckwerke

3 Heißlufttrockner

4 Kühlwalzeneinheit

5 Papierbahn

6 Papierrolle

7 Bahnfangvorrichtung

10a bis 10g Mikrowellendetektoren

11 Drehgeber

12a bis 12g Signalleitungen

13 Signalleitung

14 Signalleitung

15 Zylinder

20 Auswerte-Einheit

22 gesendete Mikrowellen

24 reflektierte und empfangene Mikrowellen

26 Mikrowellensender

28 Mikrowellenempfänger

30 Störsignal

32 Druckwerkswalze

40 bis 58 Verfahrensschritte

v1 erste lokale Geschwindigkeit der Bahn

v2 zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn v1

v3 dritte lokale Geschwindigkeit der Bahn

vi Ist-Wert

vs Soll-Wert

Δvs Schwellen-Wert


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Störungserfassung beim Transport einer Bahn (5), insbesondere zur Erfassung eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn (5) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, bei dem die Geschwindigkeit der Bahn (5) durch berührungslose Messung nach dem Dopplerprinzip bestimmt und nachfolgend ausgewertet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

    Bestimmen einer ersten lokalen Geschwindigkeit (40) der Bahn (5) an einer ersten Messposition (10a bis 10g) unter Einsatz von Mikrowellen;

    Bestimmen wenigstens einer zweiten lokalen Geschwindigkeit (42) der Bahn an einer zweiten, zur ersten Messposition (10a bis 10g) in Bahnlaufrichtung beabstandeten Messposition (10a bis 10g) unter Einsatz von Mikrowellen;

    Bestimmen eines Ist-Wertes (46) aus der ersten lokalen Geschwindigkeit (40) und wenigstens der zweiten lokalen Geschwindigkeit (42);

    Bestimmen der Abweichung (50) des Ist-Wertes (46) von einem vorgegebenen Soll- Wert (48); und

    Vergleichen der Abweichung (50) des Ist-Wertes (46) von dem vorgegebenen Soll- Wert (48) mit einem vorgegebenen Schwellen-Wert (52).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der ersten lokalen Geschwindigkeit (40) der Bahn (5) und das Bestimmen wenigstens der zweiten lokalen Geschwindigkeit (42) der Bahn (5) im Wesentlichen zeitgleich erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal erzeugt wird, wenn die Abweichung (54) des Ist-Wertes (46) von dem vorgegebenen Soll-Wert (48) größer als der vorgegebene Schwellen-Wert (52) ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der lokalen Geschwindigkeiten (40, 42, 44) der Bahn (5) die Bestimmung des Ist-Wertes (46) und/oder die Bestimmung der Abweichung (50) des Ist-Wertes (46) von dem vorgegebenen Soll-Wert (48) durch Berechnung unter Einsatz eines Computerprogramms erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Soll-Wert (48) und/oder der vorgegebene Schwellen-Wert (52) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Druckmaschine veränderbar ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Soll-Wert (48) eine auf der Basis der mechanischen Geschwindigkeit wenigstens einer Baugruppe (1, 2a bis 2d, 3, 4) der Druckmaschine errechnete theoretische Bahngeschwindigkeit ist.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Steuersignal ein Maschinenstopp (56) ausgelöst und/oder wenigstens eine Bahnfangvorrichtung (58) betätigt wird.
  8. 8. Vorrichtung zum Erfassen einer Störung beim Transport einer Bahn (5), insbesondere zum Erfassen eines Bahnbruchs beim Transport einer Papierbahn (5) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, welche einen Detektor (10a bis 10g) umfasst, der die Geschwindigkeit der Bahn (5) berührungslos nach dem Dopplerprinzip bestimmt und einer nachgeordneten Auswerte-Einheit (20) zuführt, gekennzeichnet durch einen ersten Mikrowellendetektor (10a bis 10g) an einer ersten Messposition, der eine erste lokale Geschwindigkeit der Bahn (5) bestimmt und der Auswerte-Einheit (20) zuführt, wenigstens einen zweiten Mikrowellendetektor (10a bis 10g) an einer zweiten, zur ersten Messposition in Bahnlaufrichtung beabstandeten Messposition, der eine zweite lokale Geschwindigkeit der Bahn (5) bestimmt und der Auswerte-Einheit (20) zuführt, wobei die Auswerte-Einheit (20) aus der ersten lokalen Geschwindigkeit und wenigstens der zweiten lokalen Geschwindigkeit einen Ist-Wert (46) bestimmt, die Abweichung (50) des Ist-Wertes (46) von einem vorgegebenen Soll-Wert (48) bestimmt, und die Abweichung (50) des Ist-Wertes (46) von dem vorgegebenen Soll- Wert (48) mit einem vorgegebenen Schwellen-Wert (52) vergleicht (54).
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Mikrowellendetektoren (10a bis 10g) eine Mikrowellenantenne umfasst, welche als Sender und als Empfänger eingesetzt wird.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Mikrowellendetektoren (10a bis 10g) eine erste Mikrowellenantenne (26) und eine zweite Mikrowellenantenne (28) umfasst, wobei die erste Mikrowellenantenne (26) als Sender und die zweite Mikrowellenantenne (28) als Empfänger eingesetzt wird.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mikrowellenantenne (26) in einer ersten Winkelstellung zur Bahn (5) und die zweite Mikrowellenantenne (28) in einer zweiten, zur ersten Winkelstellung verschiedenen Winkelstellung zur Bahn (5) angeordnet ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Baugruppen (1, 2a bis 2d, 3, 4) der Druckmaschine ein die mechanische Geschwindigkeit der Baugruppe (1, 2a bis 2d, 3, 4) bestimmender Detektor (11) angeordnet ist, welcher die mechanische Geschwindigkeit der Baugruppe (1, 2a bis 2d, 3, 4) der Auswerte-Einheit (20) zuführt.
  13. 13. Rollenrotationsdruckmaschine, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Erfassen einer Störung beim Transport einer Bahn (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 12.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
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