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Dokumentenidentifikation DE69614433T2 16.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0737638
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen und Regeln der Dehnung einer laufenden Materialbahn
Anmelder Heidelberger Druckmaschinen AG, 69115 Heidelberg, DE
Erfinder Lam, Theodorus Hendrikus Louis M., 6657 AD Boven-Leeuwen, NL;
Buchmeijer, Theodoor Antonius, 5663 HH Geldrop, NL
DE-Aktenzeichen 69614433
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.04.1996
EP-Aktenzeichen 962010054
EP-Offenlegungsdatum 16.10.1996
EP date of grant 16.08.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2002
IPC-Hauptklasse B65H 23/188
IPC-Nebenklasse B65H 77/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen und Regeln der Dehnung einer laufenden Materialbahn, insbesondere zur Anwendung in einer zwischen einem Rollenwechsler und einem ersten Druckwerk einer Druckmaschine angeordneten Vorrichtung zum Regeln der Bahndehnung.

Die DE 22 56 882 beschreibt ein derartiges Verfahren zum Regeln der Dehnung einer laufenden Materialbahn, die von einer Papierrolle abgewickelt, in eine Vorrichtung zum Regeln der Bahnspannung eingezogen und dem ersten Druckwerk der Druckmaschine zugeführt wird. Die Vorrichtung zum Regeln der Bahnspannung umfasst eine Tänzerwalze, die eine vorgeordnete Spannung auf die Papierbahn ausübt und einer Antriebswalze vorgeordnet ist, die eine nachgeordnete Spannung auf die Papierbahn ausübt. Die vorgeordnete Spannung und die vorgeordnete Geschwindigkeit der Papierbahn werden mittels zweier separater Walzen gemessen und die Messwerte werden in eine Rechnereinheit eingegeben. Die nachgeordnete Spannung und die nachgeordnete Geschwindigkeit der Materialbahn werden mittels einer separaten Walze gemessen und die Messwerte werden in dieselbe Rechnereinheit eingegeben, die anschließend anhand der genannten Messwerte einen Regelwert berechnet. Der Regelwert und ein weiterer Sollwert der Bahndehnung werden in eine Reglereinheit eingegeben, die daraufhin über deren Antriebsmotor die Drehgeschwindigkeit der Antriebswalze regelt.

Ein weiteres Verfahren ist aus der WO-A-92/10419 bekannt, wobei dieses Verfahren ausdrücklich an einem Punkt zwischen den Druckwalzen und der Ausgabewalze einer Druckmaschine eingesetzt wird.

Die Dehnung einer Materialbahn, an der bestimmte Bearbeitungsschritte vorgenommen werden, muss im Wesentlichen konstant gehalten werden, damit eine exakte Positionierung der Bearbeitungsschritte auf der Materialbahn erfolgen kann. Bei einem Mehrfarbendruck müssen beispielweise die verschiedenen Druckwerke bezüglich der laufenden Materialbahn exakt positioniert sein, damit eine gleichmäßige Druckqualität gewährleistet ist. Das Elastizitätsmodul einer Papierbahn auf einer Papierrolle ist bekannter Weise nicht konstant, sondern ändert sich z. B. aufgrund einer Änderung des Feuchtigkeitsgehalts. Bei der Regelung der Materialbahn zur Erzeugung einer konstanten Spannung auf bekannte Weise muss bei Veränderung des Elastizitätsmoduls die Dehnung E umgekehrt-proportional verändert werden, damit die Bahnspannung σ konstant bleibt (σ = E·ε).

Gemäß dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass eine durch eine Erhöhung oder Reduzierung der Bahnspannung verursachte Längenabweichung von einer Referenzlänge der Materialbahn gemessen wird, und die Bahnspannung vor und nach der Veränderung der Bahnspannung ebenfalls gemessen wird. Diese Veränderung der Bahnspannung wird durch eine den Druckzylindern in Bahnförderrichtung nachgeordnete Beschleunigungs- bzw. Bremswalze bewirkt. Die Dehnung wird anhand der Messdaten, d. h. der Längenänderung und der Bahnspannung, berechnet, wobei davon ausgegangen wird, dass zwischen der Bahnspannung und der Dehnung ein linearer Zusammenhang besteht. Bei Bedarf wird dann die Bahnspannung verstellt, damit die Dehnung auf dem gewünschten Wert gehalten wird. Ebenso ist beschrieben, dass die Veränderung der Bahnspannung anstatt durch eine zusätzliche Beschleunigungs- oder Bremswalze auch durch die Zuführwalzen, die Druckwalzen oder die Ausgabewalzen bewirkt werden kann. Dies ist aufgrund des Trägheitsmoments derartiger Walzen jedoch nicht die bevorzugte Variante.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass das durchgeführte Messverfahren die Bewegung der Materialbahn stört, da eine Veränderung der Bahnspannung zur Durchführung der Messung unerlässlich ist. Diese Veränderung wird durch Beschleunigung oder Abbremsen der Materialbahn erreicht. Diese Störung der Bewegung der Materialbahn kann zu einer Störung der nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge, z. B. des Druckvorgangs, führen. Diesem Nachteil wird dadurch begegnet, dass die Beschleunigung oder das Abbremsen der Materialbahn erst nach dem Druckvorgang erfolgt. Dies hat wiederum den Nachteil, dass eine Abweichung von der gewünschten Dehnung erst nach dem Bedrucken der Bahn ermittelt und korrigiert wird.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei Änderung des Elastizitätsmoduls E der laufenden Materialbahn dieses neu bestimmt werden muss, um eine Berechnung der Dehnung zu ermöglichen.

Weiterhin hat das bekannte Regelverfahren den Nachteil, dass keine kontinuierliche Überwachung der Dehnung möglich ist, da die Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten vor bzw. nach einer Veränderung der Bahnspannung vorgenommen werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontinuierliches Verfahren zum Berechnen und Regeln einer im Wesentlichen konstanten Dehnung einer laufenden Materialbahn zu schaffen, bei dem eine Störung der Bewegung der Materialbahn vermieden wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Regelverfahren derart zu gestalten, dass Veränderungen der Bahnspannung herausgefiltert werden, so dass sie das Regelverfahren kaum beeinträchtigen.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die abgewickelte Länge pro Zeiteinheit oder die Geschwindigkeit pro Zeiteinheit vor und nach einer Antriebswalze gemessen. Aus diesen Messwerten kann nach der allgemeinen Formel ε = (v&sub2; - v&sub1;)/v&sub1; oder ε = (l&sub2; - l&sub1;)/l&sub1; die Dehnung berechnet werden, wobei der Index 2 die der Antriebswalze nachgeordneten Messstelle und der Index 1 die der Antriebswalze vorgeordnete Messstelle bezeichnet. Der ermittelte Dehnungswert wird ohne eine Messung der Bahnspannung direkt mit dem Dehnungs-Sollwert der Materialbahn verglichen. Darüber hinaus ist es zur Durchführung der Regelung nicht wichtig, das exakte Elastizitätsmodul zu kennen. Die Bahnspannung kann anschließend bei Bedarf eingestellt werden, um die gemessene Dehnung auf den gewünschten Wert zu bringen.

Es hat sich herausgestellt, dass das Elastizitätsmodul einer von einer Vorratsrolle abgewickelten Papierbahn sinkt, während die Bahn abgewickelt wird. D. h., die äußeren Papierschichten haben ein höheres Elastizitätsmodul als die inneren Schichten. Um an einer derartigen Materialbahn mit einer konstanten Dehnung einen Bearbeitungsvorgang vorzunehmen, muss die Bahnspannung entsprechend verändert werden. Wenn die gemessene Bahndehnung höher als der gewünschte Wert ist, muss die Bahnspannung reduziert werden. Wenn die gemessene Bahndehnung zu gering ist, so muss die Bahnspannung erhöht werden.

Um sicherzustellen, dass das erfindungsgemäße Regelverfahren nicht von schnellen Änderungen des Elastizitätsmoduls der Materialbahn beeinträchtigt wird, wird die Längenveränderung oder die Geschwindigkeitsänderung für bestimmte Intervalle gemessen und aus diesen Messwerten für die Intervalle wird eine durchschnittliche Dehnung berechnet. Auf diese Weise wird der Einfluss von schnellen Änderungen des Elastizitätsmoduls herausgefiltert. Wenn jedoch eine starke Änderung zu erwarten ist, z. B. nach einem Rollenwechsel, so wird das Intervall, für das die Dehnung berechnet wird, vorzugsweise verkürzt, um die Änderung des Elastizitätsmoduls schneller vorhersehen zu können.

Die Bahnspannung wird anfangs durch Verstellen der auf die Materialbahn ausgeübten Kraft verändert, ohne dabei die Geschwindigkeit der Antriebswalze zu verändern. Dazu wird der Druck in einem Tänzerzylinder verändert, der die von einer der Antriebswalze nachgeordneten Tänzerwalze auf die Materialbahn ausgeübte Kraft einstellt, um Veränderungen der Bahnspannung herauszufiltern.

Eine derartige Tänzerwalze ist auch in vorteilhafter Weise durch Verstellung der Geschwindigkeit der Antriebswalze in einer mittleren Position gehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine doppelte Regelung: erstens erfolgt eine Regelung der Bahnspannung anhand der gemessenen und der gewünschten Dehnung, und anschließend eine Regelung der Geschwindigkeit der Antriebswalze, um die gewünschte Korrektur vorzunehmen.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren wird in einer einer Druckmaschine vorgeordneten Vorrichtung zur Regelung der Bahnspannung angewandt. Dies bedeutet, dass eine Korrektur der Dehnung durch Einstellung der Bahnspannung vor dem eigentlichen Druckvorgang möglich ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Fördern einer Materialbahn mit im Wesentlichen konstanter Dehnung gemäß Anspruch 5.

Eine derartige Vorrichtung, die auch Bahneinzug genannt wird, wird dazu eingesetzt, um eine exakte Einstellung der Eigenschaften einer von einer Papierrolle in einem Rollenwechsler oder einer ähnlichen Vorrichtung abgewickelten Materialbahn vorzunehmen und anschließend die Materialbahn durch die nachfolgenden Bearbeitungsvorrichtungen zu führen.

Die Mittel zum Einstellen der Bahnspannung bestehen aus einer zwischen der Antriebswalze und der Messvorrichtung angeordneten Tänzerwalze und einem Tänzerzylinder zur Korrektur der von der Tänzerwalze auf die Materialbahn ausgeübten Kraft.

Eine Regelvorrichtung zur Korrektur der Position der Tänzerwalze in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ebenfalls vorhanden, um ein Anfüllen oder Leeren des Tänzerzylinders zu verhindern. Diese Regelvorrichtung stellt die Geschwindigkeit der Antriebswalze ein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 2 ein Schaubild der Dehnung, der Bahnspannung und des Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 1 zeigt einen sogenannten Einzug 1, der zwischen einem Rollenwechsler und einer Druckmaschine angeordnet ist (beide nicht gezeigt). Eine Materialbahn 2 wird vom Rollenwechsler über eine Antriebswalze 3 zur ersten Druckstation einer Druckmaschine geführt, wie schematisch durch Pfeile angedeutet ist. Eine Andrückwalze 4 gewährleistet, dass die Materialbahn gegen die Antriebswalze 3 gedrückt wird. Die Antriebswalze 3 ist mit einem Motor 5 ausgestattet, der mit einem Regler 6 verbunden ist, der die Geschwindigkeit des Motors 5 und demgemäß die Geschwindigkeit der Antriebswalze 3 steuert. Diese Geschwindigkeitssteuerung kann auf der Basis des dem Motor zugeführten Stroms, der dem Motor zugeführten Spannung oder der dem Motor zugeführten Frequenz erfolgen. Aufzeichnungsvorrichtungen 7 und 8 sind der Antriebswalze 3 vor- und nachgeordnet und messen die Geschwindigkeit der Materialbahn 2 vor und nach der Antriebswalze 3. Die Aufzeichnungsvorrichtungen 7 und 8 leiten die Messwerte über Leitungen 9 bzw. 10 an eine Rechner- und Regeleinheit 11 weiter, welche die Dehnung berechnet. Die gewünschte Dehnung, bei der es sich oft um einen durch den Bediener aus der Praxis bestimmten Wert handelt, ist in der Regeleinheit 11 gespeichert. Ein Steuersignal für einen Messwertwandler 12 wird durch einen Vergleich der tatsächlichen Dehnung mit der gewünschten Dehnung berechnet. Der Messwertwandler 12 regelt den Druck in einem Tänzerzylinder 13 einer Tänzerwalze 14. Die Tänzerwalze 14 übt Druck auf die Materialbahn 2 aus, wodurch die Bahnspannung eingestellt wird. Ist die gemessene Dehnung höher als die gewünschte Dehnung, so wird der Druck im Tänzerzylinder 13 reduziert, um die Bahnspannung zu verringern, und umgekehrt. Die Tänzerwalze 14 ist mittels eines Arms 15 mit einem Exzenter 16 verbunden und ist demgemäß um einen gewissen Winkel drehbar, wobei die in der Figur gezeigte Position die mittlere Position ist. Bei Veränderung des Drucks im Zylinder 13 zur Veränderung der Spannung der Materialbahn 2 wird die Tänzerwalze 14 aus ihrer mittleren Position heraus bewegt. Diese Positionsveränderung der Tänzerwalze 14 wird von einem Messelement 17 erfasst und an eine Regeleinheit 18 weitergeleitet. Um die Tänzerwalze 14 in ihre mittlere Position zurück zu bewegen, werden die mit einem Druckmaschinen-Tachometer 19 gemessene gegenwärtige Geschwindigkeit der Materialbahn 2 und die gemessene Positionsabweichung in eine gewünschte Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 3 umgewandelt, wobei die Bahnspannung konstant gehalten wird. Die berechnete Antriebsgeschwindigkeit wird über den Motorregler 6 an den Motor 5 weitergeleitet.

Mit diesem System wird die Dehnung, mit der die Bahn 2 durch die Antriebswalze 3 beaufschlagt wird, konstant gehalten. Dies ist in Fig. 2 näher dargestellt, in der die Kurven der Dehnung E, des Elastizitätsmoduls E und der Bahnspannung a in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen sind. Die Sprünge im Elastizitätsmodul und der Bahnspannung a deuten z. B. einen Rollenwechsel an. Dies zeigt den praktisch konstanten Dehnungswert, der durch kontinuierliche Anpassung der Bahnspannung an das sich ändernde Elastizitätsmodul erreicht wird.

Durch Integration der von den Aufzeichnungsvorrichtungen über die Messzeiträume aufgezeichneten Messungen werden mit hoher Frequenz auftretende Störungen in der Bahnspannung oder im Elastizitätsmodul ohne nachteilige Auswirkungen auf die Regelung ausgefiltert. Dies bedeutet, dass die mit hoher Frequenz auftretenden Störungen ausgefiltert werden, während die relativ langsam auftretende Veränderung des Elastizitätsmoduls der Materialbahn exakt verfolgt wird. Um die Dehnung der Materialbahn während eines Rollenwechsels konstant zu halten, können die Messzeiträume in dem Zeitraum um den Wechsel herum verkürzt werden.

Es ist natürlich mit derselben Tänzerkonstruktion wie oben beschrieben ebenfalls möglich, den Bahnspannungsunterschied über der Antriebswalze zu messen, indem die Bahnspannung gleichzeitig sowohl vor als auch nach der Antriebswalze gemessen wird oder die Motorlast der Antriebswalze gemessen wird. Auf diese Weise kann das Elastizitätsmodul kontinuierlich ermittelt werden. Ausgehend von diesem Wert kann die gewünschte Bahnspannung, mit der die Papierbahn durch die Tänzerwalze beaufschlagt werden muss, in Kombination mit der gewünschten (eingestellten) Dehnung berechnet werden.

Wie weiterhin in Fig. 1 gezeigt ist, kann an der Vorrichtung auch ein Schalter vorgesehen sein, um eine Regelung auf eine konstante Bahnspannung zu ermöglichen. In diesem Fall werden die Aufzeichnungsvorrichtungen 7 und 8 und die Rechner- und Regeleinheit außer Betrieb gesetzt. Anstelle des Steuersignals auf Basis der Dehnung wird ein Steuersignal auf der Basis der gewünschten Bahnspannung an den Messwertwandler weitergeleitet, wonach die Regelung der Bahnspannung mittels der Tänzerkonstruktion wie oben beschrieben durchgeführt wird.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Berechnen und Regeln der Dehnung einer laufenden Materialbahn (2) zum Einsatz in einer zwischen einem Rollenwechsler und einem ersten Druckwerk einer Druckmaschine angeordneten Vorrichtung (1) zum Regeln der Bahnspannung, das die folgenden Schritte umfasst:

- Messen einer Längenveränderung oder einer Geschwindigkeitsänderung der Materialbahn (2) vor und nach einer Antriebswalze (3);

- Berechnen der Dehnung der Materialbahn (2) anhand der gemessenen Änderung;

- Berechnen eines Steuersignals durch Vergleichen der berechneten Dehnung der Materialbahn (2) mit einer gewünschten Dehnung;

- Verwenden des berechneten Steuersignals für einen ersten Regelvorgang, in dessen Verlauf die Bahnspannung durch Einstellen des Drucks in einem Tänzerzylinder (13) korrigiert wird, der die von einer der Antriebswalze (3) nachgeordneten Tänzerwalze (14) auf die Materialbahn (2) ausgeübte Kraft ohne Veränderung der Geschwindigkeit der Antriebswalze (3) einstellt, um die Dehnung auf den gewünschten Wert einzustellen;

- Messen der Positionsveränderung der Tänzerwalze (14); und

- Verwenden der gemessenen Positionsveränderung der Tänzerwalze (14) für einen nachfolgenden Regelvorgang, in dessen Verlauf die Tänzerwalze (14) durch Regeln der Geschwindigkeit der Antriebswalze (3) in ihre mittlere Position zurückkehrt, um die Bahnspannung konstant zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte kontinuierliches Messen der Längenveränderung oder der Geschwindigkeitsänderung für Zeitspannen und Berechnen einer durchschnittlichen Dehnung aus der Messung in den Zeitspannen umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner den Schritt Verkürzen der Zeitspannen für eine erwartete Dehnungsänderung umfasst.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, das ferner den Schritt Halten der Tänzerwalze (14) in einer mittleren Position durch Verstellen der Geschwindigkeit der Antriebswalze (3) umfasst.

5. Vorrichtung zum Fördern einer Materialbahn mit im Wesentlichen konstanter Dehnung mit zwei Messvorrichtungen (7, 8) zum Messen einer Längenänderung oder einer Geschwindigkeitsänderung der laufenden Materialbahn (2), wobei die Vorrichtungen (7, 8) vor bzw. nach einer Antriebswalze (3) angeordnet sind, mit einer Rechner- und Regeleinheit (11) zum Berechnen der Dehnung der Materialbahn (2) und zum Ausgeben eines Steuersignals zum Einstellen der Bahnspannung der Materialbahn (2), um die Dehnung einzustellen, mit einer zwischen der Antriebswalze (3) und der nachgeordneten Messvorrichtung (8) angeordneten Tänzerwalze (14), und mit einem Tänzerzylinder (13) zur Korrektur der von der Tänzerwalze (14) auf die Materialbahn (2) ausgeübten Kraft dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung (18) die Geschwindigkeit der Antriebswalze (3) verstellt, um die Position der Tänzerwalze (14) zu korrigieren.

6. Druckvorrichtung, die eine Vorrichtung nach Anspruch 5 umfasst.







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