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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn
zu einer Materialbahnrolle, bei dem die Materialbahn in Breitenrichtung
changierend auf die Materialbahnrolle aufgewickelt wird und die
Materialbahnrolle mit einer Wicklerwalze in Kontakt steht.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn
zu einer Materialbahnrolle mit einem Changierantrieb zum Erzeugen eines
Versatzes zwischen der Materialbahn und der Materialbahnrolle quer
zur Laufrichtung der Materialbahn und einer Wicklerwalze, mit der
die Materialbahnrolle in Kontakt steht.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise
aus
EP 0 959 032 A1 bekannt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei
anderen Materialbahnen, beispielsweise einer Karton- und Kunststoffbahn
anwendbar, bei der entsprechende Probleme auftreten.
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Bei
der Herstellung einer Papierbahn lässt es sich praktisch
nicht vermeiden, dass die Papierbahn in Querrichtung, also quer
zu ihrer Laufrichtung, ein ungleichmäßiges Dickenprofil
aufweist. Derartige Unterschiede können sich beispielsweise
durch kleine Fehler beim Einstellen des Stoffauflaufs ergeben.
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Auch
wenn die Unterschiede zwischen den dünnen Stellen und den
dicken Stellen der Papierbahn nicht groß sind, können
sich beim Aufwickeln der Papierbahn auf eine Wickelrolle doch erhebliche Probleme
ergeben, weil sich die kleinen Unterschiede bei vielen Wickellagen
aufsummieren. Dadurch ergeben sich in der Materialbahnrolle "harte"
und "weiche" Stellen, die in der Folge zu Wickelproblemen führen.
Beispielsweise können sich Falten oder Glanzstellen ergeben.
Derartige Problemstellen in der Bahn führen zu Ausschuss.
Darüber hinaus können sich auch ohne das Auftreten
sichtbarer Fehler Probleme in der Weiterverarbeitung ergeben, beispielsweise
beim Drucken.
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Um
diesem Problem abzuhelfen, hat man in der eingangs genannten
EP 0 959 032 A1 vorgeschlagen,
die Materialbahn, die über eine Tragtrommel einem Tambour
zuläuft, zyklisch zu changieren, indem der Tambour und
die Tragtrommel schräg zueinander gestellt werden. Dadurch
sollen sich eventuell auftretende Unregelmäßigkeiten
in der Materialbahn auf einen größeren Bereich über
die Bahnbreite verteilen, so dass ein zumindest annähernd
zylindrischer Wickelrollendurchmesser erzielbar ist.
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Mit
einer derartigen Vorgehensweise erreicht man zwar gegenüber
einer Materialbahnrolle, bei der die Materialbahn fortlaufend an
der gleichen axialen Position aufgewickelt wird, bereits eine Verbesserung.
In vielen Fällen ist das Ergebnis aber immer noch nicht
zufrieden stellend.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen guten Aufbau einer Materialbahnrolle
zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass man einen zur Dicke der Materialbahn proportionalen
Signalverlauf über die Breite der Materialbahn ermittelt und
die Changierbewegung zwischen der Materialbahn und der Materialbahnrolle
in Abhängigkeit vom Signalverlauf steuert.
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Mit
dieser Vorgehensweise kann man der eigentlichen Ursache der Probleme
in einem stärkeren Maße Rechnung tragen als bisher.
Man steuert die Changierbewegung in Abhängigkeit von den
Dickenwerten oder davon abhängigen Größen
der Materialbahn. Damit ist man zusätzlich in der Lage,
auch einer Änderung des Signalverlaufs zu folgen. Eine
derartige Änderung kann bei einer Papierbahn beispielsweise
dann auftreten, wenn der Stoffauflauf nachgeregelt wird. Durch die
Abhängigkeit der Changierbewegung vom Signalverlauf ist
es auch möglich, eine Changierbewegung nur bei Bedarf durchzuführen. Da
ein vollbewickelter Tambour in einer Papierfabrik durchaus eine
Masse von mehreren 10 Tonnen aufweisen kann, die bei einer Changierbewegung
bewegt werden müssen, spart diese Maßnahme zumindest
ein wenig Energie ein.
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Vorzugsweise
ermittelt man in einem Nip zwischen der Materialbahnrolle und der
Wicklerwalze einen Druckverlauf. Man geht davon aus, dass der Druck
im Nip zwischen der Materialbahnrolle und der Wicklerwalze eine
Größe ist, die zur Dicke der Materialbahn proportional
ist. Der Begriff "proportional" soll hier nicht streng als lineare
Abhängigkeit verstanden werden. Er gibt eine Abhängigkeit
im Allgemeinen wieder. Durch die Überwachung des Druckverlaufs
lassen sich die Auswirkungen der Dickenschwankungen besser erkennen.
Diese Auswirkungen zeigen sich um so deutlicher, je größer
die Anzahl der Materialbahnlagen ist, die an der gleichen axialen
Position auf der Materialbahnrolle aufgewickelt worden sind. Da
man aber bereits dann eingreifen kann, wenn der Druckverlauf für
eine Sensoranordnung erfassbar ist, lassen sich relativ frühzeitig Korrekturen
vornehmen. Eine Sensoranordnung, die man zur Ermittlung des Druckverlaufs
verwenden kann, ist beispielsweise aus
DE 199 20 133 A1 bekannt.
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Alternativ
oder zusätzlich dazu kann man die Dicke der Materialbahn
ermitteln. Hierfür kann man beispielsweise einen an sich
bekannten Scanner verwenden.
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Auch über
die Ermittlung der Dicke lassen sich die für die Changierbewegung
wünschenswerten Informationen gewinnen.
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Vorzugsweise
versetzt man die Materialbahn so relativ zur Materialbahnrolle,
dass ein Bereich mit einem hohen Wert des Signals zu einem Bereich
mit einem niedrigen Wert verschoben wird. Wenn man beispielsweise
feststellt, dass in einem bestimmten Bereich des Nips zwischen Materialbahn
und Materialbahnrolle ein hoher Druck, also eine hohe Pressung,
aufgetreten ist, in einem benachbarten Bereich hingegen eine niedrige
Pressung, dann verschiebt man die Materialbahn und die Materialbahnrolle
relativ so zueinander, dass die Größe der Verschiebebewegung
dem Abstand von Maximum und Minimum der Pressung entspricht. Ein
Bereich mit einem hohen Wert des Signals kann beispielsweise durch
lokale Störungen im Stoffauflauf oder in der Siebpartie oder
durch Probleme an einem Streichrakel einer Streichmaschine oder ähnlichem
vorliegen.
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Bevorzugterweise
ermittelt man einen Mittelwert des Signalverlaufs über
die Breite der Materialbahn und einen Verlauf der relativen Abweichungen des
Signalverlaufs vom Mittelwert und steuert den seitlichen Versatz
zwischen Materialbahn und Materialbahnrolle so, dass die Abweichungen
minimiert werden. Die Changierbewegung wird also nicht gesteuert,
sondern in Abhängigkeit von den relativen Abweichungen
des Signalverlaufs vom Mittelwert des Signalverlaufs geregelt.
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Vorzugsweise
verwendet man als Kriterium für die Minimierung die Summe
der Fehlerquadrate. Die Summe der Fehlerquadrate ist eine relativ
einfach und damit schnell auszurechnende Größe,
so dass die Regelung relativ schnell arbeiten kann.
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Die
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass eine Sensoranordnung, die einen zur Dicke
der Materialbahn proportionalen Signalverlauf über die
Breite der Materialbahn ermittelt, mit dem Changierantrieb verbunden
ist und den Changierbetrieb in Abhängigkeit von dem Signalverlauf
steuert.
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Wie
oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, ist es auf diese
Weise möglich, den Changierantrieb gezielt so zu steuern,
dass ein Ausgleich zwischen harten und weichen Stellen auf dem Tambour
erfolgen kann. Dieser Ausgleich wird nur vorgenommen, wenn er notwendig
ist, so dass im Allgemeinen auch eine gewisse Antriebsenergie eingespart
werden kann. Sollten sich Parameter bei der Herstellung der Materialbahn ändern,
beispielsweise bei einer Papierbahn der Stoffauflauf, dann werden diese Änderungen
automatisch berücksichtigt, weil die Überwachung
des Signalverlaufs und die Ansteuerung des Changierantriebs fortlaufend
erfolgt.
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Vorzugsweise
ermittelt die Sensoranordnung einen Druckverlauf in einem Nip zwischen
der Materialbahnrolle und der Wicklerwalze. Der Druckverlauf ist
hierbei eine Größe, die dem Dickenverlauf proportional
ist oder dem Dickenverlauf zumindest folgt. Da der Druckverlauf
sozusagen eine Verstärkung des Dickenverlaufs bildet, kann
man durch eine Erfassung des Druckverlaufs relativ deutlich erkennen, wann
eine Changierbewegung notwendig ist.
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Alternativ
oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung
einen Dickenscanner aufweist. Mit dem Dickenscanner lassen sich dann
bereits bei Auftreten kleinerer Dickenunterschiede die entsprechenden
Changierbewegungen zwischen der Materialbahnrolle und der Materialbahn einstellen.
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Die
Changierbewegung kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden.
Man kann die Materialbahnrolle quer zur Laufrichtung der Materialbahn
verschieben. Man kann auch die Wicklerwalze, beispielsweise eine
Tragtrommel, neigen, um die Materialbahn kurz in eine Richtung umzulenken,
die einen Winkel mit der normalen Laufrichtung einschließt.
Man kann auch eine Richtungsänderung durch Neigung von
Leitwalzen vornehmen, die vor der Wicklerwalze angeordnet sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Aufwickeln
einer Materialbahn; und
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2 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung des Vorgehens.
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1 zeigt
in stark schematisierter Darstellung eine Vorrichtung 1 zum
Aufwickeln einer Materialbahn 2 zu einer Materialbahnrolle 3.
Die Materialbahnrolle 3 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf einen Tambour zu einer Jumborolle aufgewickelt. Die Materialbahn 2 ist
eine Papierbahn.
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Die
Materialbahn 2 läuft der Materialbahnrolle 3 über
eine Wicklerwalze 4 zu, die im vorliegenden Fall als Tragtrommel
ausgebildet ist. In der Wicklerwalze 4 sind Sensoren angeordnet,
die eine Druckverteilung in einem Nip 6 zwischen der Materialbahnrolle 3 und
der Wicklerwalze 4 erfassen können. Die Sensoranordnung 5 kann
beispielsweise mit Hilfe von Piezo-Sensoren aufgebaut sein.
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Ein
Changierantrieb 7 ist vorgesehen, um die Materialbahnrolle 3 relativ
zur Wicklerwalze 4 zu verschieben, wie dies durch einen
Doppelpfeil 8 angedeutet ist. Natürlich ist es
genauso gut möglich, die Materialbahn 2 relativ
zur Materialbahnrolle 3 zu verschieben oder die Wicklerwalze 4 kurzzeitig
schräg zu stellen, also relativ zur Materialbahnrolle 3 zu
neigen, um die Materialbahn 2 kurzzeitig seitlich zu verschieben.
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Die
Sensoranordnung 5 ist über eine Leitung 9 mit
einer Steuereinrichtung 10 verbunden, die den Changierantrieb 7 steuert.
Der Steueralgorithmus wird weiter unten im Zusammenhang mit 2 beschrieben.
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Zusätzlich
oder alternativ kann ein Dickenscanner 11, der die Dicke
der Materialbahn 2 erfasst, vorgesehen sein. Der Dickenscanner 11 traversiert über
die Materialbahn 2, wie dies durch Pfeile 12, 13 angedeutet
ist. Der Dickenscanner 11 kann ebenfalls mit der Steuereinrichtung 10 verbunden
sein, um den Changierantrieb 7 zu steuern.
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2 zeigt
mit einer durchgezogenen Linie den Ist-Verlauf der Pressung im Nip 6,
also die Druckbeaufschlagung der Materialbahnrolle 3 durch
die Wicklerwalze 4. Diese Pressung kommt dadurch zustande,
dass die Materialbahn 2 ein ungleichförmiges Dickenprofil
aufweist. An den Stellen, wo die Materialbahn 2 eine größere
Dicke hat, ist die Pressung entsprechend höher. An den
Stellen, wo die Materialbahn eine geringere Dicke aufweist, ist
die Pressung niedriger. Man geht davon aus, dass die Pressung im Nip 6 und
die Dicke der Materialbahn 2 voneinander abhängig
sind. Diese Abhängigkeit muss nicht unbedingt linear sein.
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Der
Changierantrieb 7 versetzt nun die Materialbahn 2 und
die Materialbahnrolle 3 relativ so zueinander, dass die
"dicken" Stellen der Materialbahn 2, die zuvor zu einer
höheren Pressung geführt haben, nun dort zu liegen
kommen, wo vorher eine geringere Pressung im Nip 6 vorhanden
war, also dort, wo zuvor "dünnere" Stellen der Materialbahn 2 gewesen
sind. Diese Korrektur ist mit kurz gestrichelten Linien in 2 dargestellt.
Sie ergibt sich dadurch, dass die Materialbahn 2 und die
Materialbahnrolle 3 um etwa 2 Einheiten des Changierhubs
gegeneinander versetzt worden sind. Nach einer gewissen Fortsetzung
des Aufwickelns wird sich eine Pressung ergeben, die durch eine
gestrichelte Linie (mit längeren Strichen) dargestellt
ist. Es ist zu erkennen, dass die Pressung wesentlich gleichförmiger
ist als zuvor.
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Beim
Changieren berücksichtigt man also das aktuelle Dickenprofil
der Materialbahn 2 zur Einstellung des Changierhubes: dünnere
Stellen der Materialbahn 2 werden gezielt auf harte Stellen
der Materialbahnrolle 3 gebracht. Dicke Stellen in der Materialbahn 2 werden
gezielt auf weiche Stellen in der Materialbahnrolle 3 gebracht.
Damit wird in der Materialbahnrolle 3 nach einer gewissen
Zeit das Härteprofil quer zur Laufrichtung der Materialbahn 2 soweit
vergleichmäßigt, dass ein Minimum an Schwankungsbreite
erzielt wird. Es handelt sich also um einen geregelten Vorgang.
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Ein
Regelalgorithmus kann daher prinzipiell folgendermaßen
ablaufen: man misst die Pressung im Nip 6 über
die Breite der Materialbahn 2. Alternativ dazu kann man
auch mit dem Dickenscanner 11 die Dicke der Materialbahn 2 messen.
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Aus
den gemessenen Größen berechnet man einen Mittelwert über
die Breite. Mit Hilfe des Mittelwerts ermittelt man den Verlauf
der absoluten Abweichung von Pressung oder Dicke vom Mittelwert über
die Breite. Aus der absoluten Abweichung lässt sich eine
relative Abweichung von Pressung und/oder Dicke ermitteln. Daraus
lässt sich die Summe der relativen Abweichungen von Pressung und/oder
Dicke als Verlauf über die Breite der Materialbahn 2 ermitteln.
Daraus lässt sich ein Mittelwert bilden. Die Abweichungen
vom Mittelwert lassen sich dann nach der Methode der Summe der kleinsten Fehlerquadrate
minimieren.
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Diese
Schritte können im Rahmen der durch die Changierung möglichen
Verschiebungen in Querrichtung der Materialbahn 2 wiederholt
werden. Materialbahn 2 und Materialbahnrolle 3 können
dadurch in verschiedene Positionen angeordnet werden.
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Eine
optimale Position, d. h. eine Minimierung der Pressungsunterschiede
ist dann erreicht, wenn die Summe der Fehlerquadrate minimal ist.
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Der
Verlauf der Pressung, d. h. des Drucks im Nip, und/oder der Dicke
der Materialbahn 2 wird kontinuierlich gemessen, wobei
als kontinuierliche Messung auch eine Folge von diskreten Messwerten angesehen
wird. Dementsprechend ist auch eine kontinuierliche Nachregelung
der Position der Changierung möglich.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Materialbahn
- 3
- Materialbahnrolle
- 4
- Wicklerwalze
(Tragtrommel)
- 5
- Sensoranordnung
- 6
- Nip
- 7
- Changierantrieb
- 8
- Verschiebung
(Doppelpfeil)
- 9
- Leitung
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Dickenscanner
(Sensoranordnung)
- 12
- Traversierung
(Pfeil)
- 13
- Traversierung
(Pfeil)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0959032
A1 [0003, 0007]
- - DE 19920133 A1 [0012]