DE10158985A1

DE10158985A1 - Dehnungssteuerung im Einzug einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE10158985A1
Application number: DE10158985A
Authority: DE
Inventors: Kevin Lauren Cote
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Goss International Americas LLC
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2002-07-11
Also published as: US6547707B2; US20020123417A1

Abstract

Bei manchen Vorgängen ist es wünschenswert, anstelle einer konstanten Spannung eine konstante Dehnung der Bahn (1) zu erhalten. Die neue Vorrichtung misst die Dicke der Materialbahn (1) und stellt eine Spannung ein, um die gewünschte konstante Dehnung zu erreichen. Die Dicke kann durch Überwachen des Radius der ablaufenden Bahnspule (2) in Verbindung mit der Winkelposition der Spule (2) erfolgen. Die Bahndicke wird in ein Steuerungsschema eingegeben, das einen Algorithmus umfasst, der die geeignete auf die Bahn (1) aufzubringende Spannung in Übereinstimmung mit ihrer Dicke bestimmt. Das Steuerungsschema gibt einen variablen Kraftbefehl an eine dynamische Tänzerwalze (11) aus, die die Bahnspannung einstellt und somit die konstante Bahndehnung schafft. Die variable Kraft kann anhand eines Luftzylinders, eines Hydraulikzylinders, einer Feder mit einer dynamischen Basis oder eines elektromagnetisch angetriebenen Schaltelements eingeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Papier verarbeitende Vorrichtungen und insbesondere eine Vorrichtung zum Steuern der Spannung auf der Bahn im Einlauf einer Rollenrotationsdruckmaschine.

Der Einlauf in einer Druckmaschine ist zwischen einem Spulenständer, der eine Spule mit einer fortlaufenden Bahn hält, und den nachfolgenden Druckwerken angeordnet. Die Funktion des Einlaufs liegt darin, die richtige Bahnspannung in den Druckwerken zu erhalten und die Bahn genau auszurichten. Die Bahnspannung wird im Einlauf anhand von so genannten Tänzerwalzen eingestellt, die zwischen den Zugwalzen, die die Papierbahn von der Spule ziehen, und den Druckwerken angeordnet sind. Eine oder mehrere Bahnspannungsmesswalzen sind so angeordnet, dass sie die Bahnspannung zu jeder Zeit messen. Abgesehen von den primären Zugkräften unterliegt die Bahnspannung Veränderungen aufgrund der Unterschiede in der Elastizität der Papierbahn, der relativen Feuchtigkeit und Fehlern beim Abwickeln der Bahn von der Spule oder bei deren Auswechseln.

Bereits existierende Einlaufkonfigurationen werden maximiert, um eine konstante Bahnspannung aufrechterhalten zu können. Da die Spannung als das Verhältnis der Zugkraft zum Querschnittsbereich der Bahn definiert ist, ändert sich die Dehnung der Bahn mit der Dicke der Materialbahn - sogar wenn die Zugkraft konstant bleibt. Bei einigen Vorgängen ist es wünschenswert, eine konstante Dehnung der Bahn zu erhalten. Derzeitige Einlaufkonfigurationen, die eine konstante Bahnspannung aufrechterhalten, sind nicht so ausgestattet, dass sie die Bahndehnung messen und eine konstante Bahndehnung erhalten.

Demgemäss ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Dehnungssteuerungsvorrichtung für eine Rollenrotationsdruckmaschine zu schaffen, die die oben genannten Nachteile der bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren dieser Art nicht aufweist, und die eine Bahndehnungssteuerung sowie die Erhaltung einer konstanten Bahndehnung der einlaufenden Bahn ermöglicht.

Da einige Vorgänge in der Druckmaschine dadurch verbessert, dass eine konstante Dehnung der Bahn erreicht wird, anstatt eine konstante Spannung auf die Bahn aufzubringen. Die neue Vorrichtung misst die Dicke des Bahnmaterials und stellt die Spannung entsprechend ein, um die gewünschte konstante Dehnung zu erlangen. Die Dicke kann beispielsweise gemessen werden, indem der Radius der auslaufenden Bahnspule in Verbindung mit der Winkelposition der Spule überwacht wird. Die Bahndicke wird in ein Steuerungsschema eingegeben, das einen Algorithmus umfasst, der die geeignete auf die Bahn aufzutragende Spannung in Übereinstimmung mit ihrer Dicke bestimmt. Das Steuerungsschema gibt einen variablen Kraftbefehl an eine dynamische Tänzerrolle aus, die die Bahnspannung einstellt und somit die konstante Bahndehnung erzeugt.

In Übereinstimmung mit einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung umfasst die Messvorrichtung einen Sensor, der so angeordnet ist, dass er den Durchmesser der Spule misst, und einen Sensor, der die Winkelposition der Spule ermittelt.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die spannungsauftragende Vorrichtung eine Tänzerwalze, um welche die Bahn abgelenkt wird und eine Vorrichtung zum Steuern der Position der Tänzerrolle zum wahlweisen Steigern oder Verringern der Ablenkung der Bahn zwischen der Spule und dem Vorgang.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die spannungsauftragende Vorrichtung des Weiteren eine Kolben-/Zylinderanordnung, die in Wirkverbindung mit der Tänzerrolle steht und einen Druckregulator, der mit der Kolben-/Zylinderanordnung kommuniziert, um eine Position der Tänzerrolle einzustellen.

Die variable Kraft kann anhand eines Luftzylinders, eines Hydraulikzylinders, einer Feder mit einer dynamischen Basis oder eines elektromagnetisch angetriebenen Schaltelements eingeführt werden.

Weiterhin kann der Antriebsschaltkreis so konfiguriert sein, dass er die Dicke der Materialbahn errechnet, und so programmiert, dass er die Spannung der Bahn in Abhängigkeit von der Dicke einstellt, um eine im Wesentlichen konstante Dehnung der Bahn zu erhalten.

Außerdem kann der Antriebsschaltkreis so eingestellt werden, dass er die Dehnung der Bahn auf eine gewünschte Dehnung einstellt, die an einer vorgegebenen Eingabe des Antriebsschaltkreises geschaffen wird.

Der Antriebsschaltkreis kann weiterhin einen Prozessor zum Errechnen einer gewünschten Spannung aufweisen, die notwendig ist, um die im Wesentlichen konstante Dehnung der Bahn zu erhalten und einen ersten Konverter, um ein Signal, das die gewünschte Spannung wiedergibt, in ein Signal, das eine auf die Bahn aufzutragende Kraft wiedergibt, umzuwandeln.

Auch kann der Antriebsschaltkreis des Weiteren einen zweiten Konverter umfassen, der mit dem ersten Konverter zum Umwandeln des Signals, das die Kraft wiedergibt, in ein Signal, das einen auf einen Druckregulator, der die Spannung auf der Bahn definiert, aufzutragenden Druck, wiedergibt.

Zusätzlich kann der Antriebsschaltkreis des Weiteren einen Feedbackzyklus zum iterativen Korrigieren und Antreiben eines Ausgabesignals des Zyklus auf eine gewünschte Dehnung aufweisen, die an einer Eingabe geschaffen wird.

Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Obwohl die Erfindung hier als eine Ausführungsform einer Dehnungssteuerung in einer Rollenrotationsdruckmaschine vorgestellt wird, ist sie nicht auf die hier aufgeführten Details beschränkt. Vielmehr sind Abänderung und strukturelle Veränderungen im Rahmen der Erfindung möglich.

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

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Einlaufkonfiguration mit einer erfindungsgemäßen Spannungs-/Dehnungssteuerungsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungsvorrichtung mit einer Dicke- Feedbackdehnungssteuerung für die Konfiguration aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Einheitslänge der Materialbahn.

Fig. 1 zeigt eine Materialbahn 1, die von einer Spule 2 auf einem Spulenständer 3 abgewickelt wird. Die Spule 2 rotiert in die Richtung des Pfeils 4. Ein Dickesensor 5 ist angeordnet, der den Radius oder Durchmesser der ablaufenden Spule 2 überwacht. Der Sensor 5 weist ein Ausgabesignal RD auf, das proportional zu dem Spulendurchmesser ist. Die Winkelposition der Spule 2 wird anhand des Sensors 6 gemessen. Der Sensor 6 hat eine Ausgabesignal RD proportional zu der Spulenposition.

Eine Zugwalze 7, die von einem Walzenpaar mit einer angetriebenen Walze 8 und einer Gegendruckwalze 9 gebildet wird, zieht die Bahn 1 von der Spule 2. Nach der Zugwalze 7 bewegt sich die Bahn 1 um eine Papierleitwalze 10, eine Tänzerwalze 11 und eine weitere Papierleitwalze 12. Von da tritt die Bahn 1 in den Vorgang ein, z. B. in ein erstes Druckwerk, das von dem Walzenpaar 13 angezeigt wird.

Die Tänzerwalze 11 steuert die Spannung der Bahn 1. Die Tänzerwalze 11 ist drehbar auf einem freien Ende einer Schwinge oder eines Kipphebels 14 angeordnet, dessen anderes Ende gelenkig um eine am Rahmen ortsfeste Achse 15 angeordnet ist. Der Kipphebel 14 wird von einer Kolbenstange 16 geschwenkt, die von einem Kolben einer Kolben-/Zy linderanordnung 17 betätigt wird. Die erste und die zweite Druckkammer der Kolben-/Zy linderanordnung 17 sind mit einem Druckregulator 18 verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Kolben-/Zylinderanordnung 17 und der Druckregulator 18 in einem Pneumatik- oder Hydraulikzyklus verbunden sein. Es ist jedoch selbstverständlich, dass der Kipphebel 14 auch von einem anderen Betätigungselement bewegt werden kann, so z. B. von einem elektrischen Spindelantrieb oder einem magnetischen Betätigungselement. In diesem Fall ist der Druckregulator 18 in die Anordnung 17 integriert und wird direkt von einem Antriebssignal 20 angetrieben. Das Antriebssignal wird von dem in Fig. 2 dargestellten Antriebsschaltkreis ausgegeben.

Ein Druck in der Kolben-/Zylinderanordnung 17 wird von einem Druckumformer 19 gemessen. Der Druckumformer 19 hat ein Ausgabesignal FB, das proportional zu der Spannung ist, die von der Tänzerwalze 11 auf die Bahn 1 aufgebracht wird. Das Ausgabesignal FB wird als ein korrektives Feedbacksignal in dem Antriebsschaltkreis aus Fig. 2 verwendet.

Fig. 2 zeigt, dass der Schaltkreis die zwei Sensorausgabesignale RP (Spulenposition, Sensor 6) und RD (Spulendurchmesser, Sensor 5) empfängt. Ein erster Prozessorabschnitt 21 errechnet eine Papierbahndicke aus den zwei Sensorsignalen RD und RP. Die Bahndicke ist die Dicke der Bahn, wie sie z. B. anhand der Differenz in dem Rollendurchmesser Δ_RD für jede Umdrehung der Spule 2 wiedergegeben wird (RP+2π). Die Dicke der Bahn wird vom ersten Prozessorabschnitt 21 als ein Signal CAL ausgegeben.

Ein zweiter Prozessorabschnitt 22 empfängt das Dickesignal CAL und eine Einstellung, die die gewünschte Spannung DS, die von der Tänzerwalze 11 mittels der Kolben/Zylinderanordnung 17 und dem Kipphebel 14 erhalten werden soll, als Eingabesignale. Der zweite Prozessorabschnitt 22 errechnet die gewünschte zu erhaltende Spannung, um die gewünschte konstante Dehnung DS zu erhalten.

In Fig. 3 werden die folgenden Definitionen und Terme im Bezug auf die Bahn 1 verwendet. Die Bahn 1 hat eine vorgegebene Breite W, die für jede Spule konstant ist. Eine Dicke der Bahn wird als ihre Dicke CAL bezeichnet. Wenn eine Kraft F die Bahn 1 dehnt, wird ihre "entspannte" Länge L₀ um die Länge ΔL erweitert. Die Dehnung der Bahn ist als Verhältnis ΔL/L₀ definiert - eine dimensionslose Größe. Die Spannung auf der Bahn ist als Verhältnis der Zugkraft F zu dem Querschnittsbereich A (W.CAL) der Bahn definiert.

Dehnung und Spannung sind als

proportional zueinander, wobei der Proportionalitätsfaktor Y als Elastizitätsmodul wiedergegeben wird. Einfach ausgedrückt wird das Elastizitätsmodul eines bestimmten Materials als die Elastizität entlang seiner Längsachse oder als seine Dehnungselastizität bezeichnet.

Um auf Fig. 2 zurückzukommen, der zweite Prozessorabschnitt 22 errechnet die Spannung, mit der die Bahn 1 zu beaufschlagen ist, um die konstante Dehnung zu erhalten. In einem ersten Konverterabschnitt 23, wird das Spannungssignal in ein Kraftsignal umgewandelt, das die Kraft wiedergibt, die notwendig ist, um die Bahn mit der erforderlichen Spannung zu beaufschlagen und die richtige Dehnung zu erhalten. Das Kraftsignal wird in einem zweiten Konverterabschnitt 24 in ein Drucksignal umgewandelt, das den Druck wiedergibt, dem der Kolben-/Zylinderzyklus ausgesetzt werden muss, damit die Tänzerwalze 11 die richtige Spannung auf die Bahn 1 aufbringt.

Wie oben bereits erwähnt, ist der hydraulische oder pneumatische Zyklus mit dem Kolben-/iZylinder, der die Kolbenstange 16 antreibt, lediglich eine mehrere möglicher Ausführungsformen. Wenn der Kipphebel 14 oder das Lager der Walze 11 anhand eines elektronisch angetriebenen Betätigungselements direkt betätigt wird, kann der zweite Konverterabschnitt 24 bei dem Antriebsschaltkreis aus Fig. 2 ausgelassen werden.

Das Signal "Druck", das von dem zweiten Konverter 24 ausgegeben wird, wird in ein Steuerelement 25 mit einem Feedbackzyklus eingegeben. Das Steuerelement 25 definiert das Signal 20, das in den Druckregulator 18 eingegeben wird, der seinerseits die Spannung und somit die Dehnung der Bahn 1 anpasst. Das Steuerelement 25 arbeitet anhand einer Übertragungsfunktion

und eines Feedbackzyklus. Das geschlossene Zyklussystem erhält ein Fehlersignal von dem Sensor 19, der das Signal FB, das die Spannung der Bahn 1 wiedergibt, zurückgibt.

Die geschlossene Zyklusantriebssteuerung 25 kann ein proportional-integrales (PI) Steuerelement sein, und die Übertragungsfunktion G_c kann einen Proportionalterm und einen Integralterm mit der integralen Zunahme des Feedbacksystems umfassen. Die Übertragungsfunktion G_c, die hier dargestellt ist, verwendet den Laplaceschen Differentialoperator

und der Term 1/s gibt den Integraloperator

wieder. Der Integraloperator gibt den Schritt 1 in der Laplaceschen Transformation an. Dem Steuerungselement kann ein nicht dargestelltes min-max Begrenzungselement folgen, das die Ausgabesignale des Steuerungselements auf die Maximumeinstellungen begrenzt. Diese Details sind aus Gründen der Deutlichkeit nicht dargestellt.

Das Ausgabesignal 20 gibt die Echtzeitspannung wieder, die mittels der Tänzerrolle 11 auf die Bahn 1 aufgetragen wird. Das Signal 20 wird geschaffen, indem die Proportionalterm der Übertragungsfunktion G_c mit dem Fehlersignal multipliziert wird, welches sich ergibt, wenn das Feedbacksignal FB und das Ausgabesignal des Konverters 24 in einer der Übertragungsfunktionssteuerung vorgeordneten Addiereinrichtung addiert werden.

Die Antwortzeit des Spannungssystem hängt von der Scanfrequenz der verschiedenen Sensoren und der Spannungskalkulation ab. Die Aufgabe besteht natürlich darin, das Feedbacksignal FB (d. h. das Ausgabesignal 20) an das "Druck"signal weiterzugeben, um den Fehler zwischen den Signalen "Druck" und FB auf Null zu reduzieren.

Liste der Bezugszeichen

1

Bann

2

Spule

3

Spulenständer

4

Pfeil

5

Sensor

6

Sensor

7

Zugwalze

8

angetriebene Walze

9

Gegendruckwalze

10

Papierleitwalze

11

Tänzerwalze

12

Papierleitwalze

13

Walzenpaar

14

Kipphebel

15

am Rahmen ortsfeste Achse

16

Kolbenstange

17

Kolben-/Zylinderanordnung

18

Druckregulator

19

Druckgeber

20

Antriebssignal

21

erster Prozessorabschnitt

22

zweiter Prozessorabschnitt

23

erster Konverterabschnitt

24

zweiter Konverterabschnitt

25

Steuerungselement
CAL Signal Dicke der Bahn
FB Feedbacksignal Spannung der Bahn
RD Sensorausgabesignal Spulendurchmesser
RP Sensorausgabesignal Spulenposition

Claims

1. Dehnungssteuerungskonfiguration in einer bahnverarbeitenden Vorrichtung mit:
einer Spule (2), die eine fortlaufende Materialbahn (1) trägt und so angeordnet ist, dass sie rotiert, um die Bahn (1) auszugeben und sie einer Bearbeitungsstation (13) zuzuführen;
eine Messvorrichtung zum Messen einer Dicke der Materialbahn (1);
eine spannungsauftragende Vorrichtung zum Beaufschlagen der Bahn (1), die in die Bearbeitungsstation (13) eintritt, mit Spannung; und
ein Antriebsschaltkreis, der mit der Messvorrichtung und der spannungsauftragenden Vorrichtung verbunden ist, wobei der Antriebsschaltkreis die Spannung der Bahn (1) anhand der spannungsauftragenden Vorrichtung in Abhängigkeit von der Dicke der Materialbahn (1) steuert, um eine im Wesentlichen konstante Dehnung der Bahn (1) zu erhalten.

2. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung einen Sensor (5) umfasst, der so angeordnet ist, dass er einen Durchmesser der Spule (2) misst, und einen Sensor (6) zum Ermitteln einer Winkelposition der Spule (2).

3. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsauftragende Vorrichtung eine Tänzerwalze (11), um die die Bahn (1) abgelenkt wird, und eine Vorrichtung zum Steuern einer Position der Tänzerwalze (11) zum Wahlweisen Steigern und Verringern einer Ablenkung der Bahn (1) zwischen der Spule (2) und dem Vorgang umfasst.

4. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsauftragende Vorrichtung des Weiteren eine Kolben-/Zy linderandordnung (17) umfasst, die in Wirkverbindung mit der Tänzerwalze (11) steht, und einen Druckregulator (18), der mit der Kolben-/Zy linderanordnung (17) kommuniziert, um eine Position der Tänzerwalze (11) einzustellen.

5. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsschaltkreis so konfiguriert ist, dass der die Dicke der Materialbahn (1) errechnet, und so programmiert ist, dass er die Bahnspannung in Abhängigkeit von der Dicke einstellt, um eine im Wesentlichen konstante Dehnung der Bahn (1) zu erhalten.

6. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, die Antriebsschaltkreis so konfiguriert ist, dass er die Dehnung der Bahn (1) auf eine gewünschte Dehnung einstellt, der an einer geeigneten Eingabe des Antriebsschaltkreises geschaffen wird.

7. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsschaltkreis einen Prozessor (21, 22) umfasst, der eine gewünschte Spannung errechnet, die benötigt wird, um die im Wesentlichen konstante Dehnung der Bahn (1) zu erhalten, und einen ersten Konverter (23) zum Umwandeln eines Signals, das die gewünschte Dehnung als ein Signal wiedergibt, das eine auf die Bahn (1) zu beaufschlagende Kraft wiedergibt.

8. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsschaltkreis des Weiteren einen zweiten Konverter (24) umfasst, der mit dem ersten Konverter (23) verbunden ist, um das Signal, das die Kraft wiedergibt, in den ein Signal umzuwandeln, das einen Druck wiedergibt, der auf einen Druckregulator (18), der die Spannung auf der Bahn (1) definiert, aufzutragen ist.

9. Dehnungssteuerungskonfiguration nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebschaltkreis des Weiteren einen Feedbackzyklus zum iterativen Korrigieren und Antreiben eines Ausgabesignals des Zyklus auf eine gewünschte Dehnung, die an einer Eingabe geschaffen wird, umfasst.