DE1222345B

DE1222345B - Vorrichtung zur selbsttaetigen Korrektur seitlicher Bewegungsabweichungen von Materialbahnen

Info

Publication number: DE1222345B
Application number: DEM46506A
Authority: DE
Inventors: Raymond Hunt Foster; John Douglas Robertson
Original assignee: Mount Hope Maschinery S A
Current assignee: Mount Hope Maschinery S A
Priority date: 1959-09-09
Filing date: 1960-09-08
Publication date: 1966-08-04
Also published as: BE594795A; US3071157A; GB927608A

Description

Vorrichtung zur selbsttätigen Korrektur seitlicher Bewegungsabweichungen von Materialbahnen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Korrektur seitlicher Bewegungsabweichungen von Materialbahnen, bei der ein die Lage einer Materialbahnkante abfühlendes und durch eine Rückstellkraft belastetes Tastorgan mit einem Ventilglied verbunden ist, das in Abhängigkeit von Richtung und Größe der Auslenkung des Tastorgans den Auslaßquerschnitt einer ins Freie führenden Ausströmöffnung einer durch eine Druckgasquelle gespeisten Kammer steuert, die mit einer ein seitliches Verschieben der Materialbahn im Sinne eines Zurückführens der Bahn in deren Normallage steuernden Balg- oder Membranfeder in Verbindung steht.
Bei allen Maschinen, bei welchen eine Materialbahn mit mehr oder weniger großer Geschwindigkeit über Walzen oder Rollen weitergefördert wird, ist es für die weitere Behandlung von erheblicher Bedeutung, daß die Bahn stets in einer vorgegebenen Ausrichtung gehalten wird. Dort geht man so vor, daß man die Lage der Bahn an einer Kante abtastet und bei einer Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Lage einen Verstellmechanismus in Gang setzt, der z. B. durch Schrägstellen von Förderwalzen die Bahn wieder auf diese Sollstellung hin zurückführt. Dabei ergibt sich das Problem, daß man mit möglichst geringen Abtastkräften arbeiten muß und doch diese Kräfte in entsprechend vergrößerte Steuerkräfte zu -übersetzen hat.
In der Regel benutzt man mechanische Abtastglieder, die sich beispielsweise unter der Wirkung geiinger Federkräfte an eine Außenkante der Bahn anlegen und dann unmittelbar ein pneumatisches Ventil oder auch ein Vorsteuerventil betätigen, das ein nachgeschaltetes Mehrwegeventil zur Betätigung der Korrekturorgane steuert.
Die bekannten mechanischen Abtastsysteme arbeiten jedoch noch mit verhältnismäßig großen Tastkräften, so daß sie bei dünnen Materialbahnen bzw. bei Bahnen mit empfindlicher Außenkante oftmals nicht angewandt werden können. Aus diesem Grunde wurden Strömungsmitteltaster verwendet, bei welchen ein Flüssigkeits- oder Luftstrahl von einer Seite senkrecht auf die Kante der bewegten Bahn aufgeblasen wird und sich z. B. auf der anderen Seite dieser Bahnkante ein auf den dort herrschenden Mediumdruck einstellendes Meß- oder Tastgerät befindet, das in der Regel eine Membran aufweist. Je mehr die Bahnkante den aufgeblasenen Mediumstrahl freilegt, um so größer wird der ertastete Druck, so daß - von einem vorgegebenen Nonnaldruck ausgehend - Korrektursteuerungen ausgelöst werden können. Auf diese Weise läßt sich zwar der auf die Bahnkante wirkende Abtastdruck wesentlich herabsetzen; dafür ist aber die Steuerungsgenauigkeit weniger exakt als bei mechanischen Abtastsystemen.
Bekannt ist die Verwendung eines hebelartigen Tastorgans, das - durch ein Federrückstellelement belastet - an der Kante einer Materialbahn anliegend gehalten wird und unmittelbar auf einen Steuerschieber einwirkt, der eine Gasaustrittsöffnung in Abhängigkeit von der Lage des Tasthebels mehr oder weniger schließt, wodurch der einer Membran zuzuführende Druck geregelt wird. Dort sind einmal die Luftwege verhältnismäßig lang, was wesentliche Schaltverzögerungen und Regelschwingungen zur Folge hat; vor allem aber sind Stellkräfte und Verstellwege außerordentlich groß, da die Feder weder den auf den Steuerkolben einwirkenden Differenzdruck ausgleichen noch überhaupt ün Sinne einer Kompensation dieses Druckes wirken kann. Die Feder wirkt dort viehnehr im Sinne einer Verstärkung eines solchen Differenzdruckes und ist bestrebt, das Ventil ständig in die offene Lage zu bringen. Der große Anlagedruck in Verbindung mit den zeitlichen Korrekturverzögerungen bewirkt erhebliche Verformungen der Bahnkanten, so daß sich diese Vorrichtung nur für kräftige und formbeständige Werkstoffe verwenden läßt. Gemäß einer anderen bekannten Ausführung wirkt ein durch ein Gegengewicht belasteter Tast-Winkelhebel unmittelbar auf ein Vierwegeventil ein, das ohne Zwischenschalten weiterer Elemente ein Korrekturkolbenaggregat steuert. Es versteht sich, daß bei dieser unmittelbaren Steuerung derart große Kräfte zu überwinden sind, daß man mit großer Vorbelastung arbeiten muß, wenn überhaupt die Anlage zwischen Tasthebel und Bahnkante gewährleistet werden soll.
Zum anderen ist es bekannt, die Kante der Materialbahn von einem Tastorgan anblasen zu lassen, das mehrere öffnungen aufweist, die in Abhängigkeit von der Lage der Bahn abgetastet werden. Der dabei in der Blasleitung herrschende Druck wird durch eine federbelastete Kolbenanordnung abgetastet, die mit einem Mehrwegeventil zur Steuerung eines hydraulischen Kopieraggregates gekuppelt ist. Infolge des großen Luftvolumens auf der Druckseite und der praktisch unmittelbaren Betätigung des Vierwegeventils ergeben sich dabei wiederum beträchtliche Regelschwankungen, die in Verbindung mit der an sich schon ungenauen pneumatischen Abtastung eine präzise Nachsteuerung verhindern.
Schließlich ist auch eine Steuervorrichtung zum seitlichen Hin- und Herschieben eines Bandes in Papiermaschinen bekannt, wobei eine Führungsrolle mittels eines Membranmotors verstellt wird, der an eine Druckleitung angeschaltet ist, die ein Drosselventil aufweist. Dabei wird das Ventilgehäuse über eine weitere Membranvorrichtung und einen Verteiler verstellt, während der Ventilkörper durch einen an der Bahnkante anliegenden Tastarm bewegt wird. Auch dabei sind so erhebliche Massen- und Reibungskräfte zu überwinden, daß eine exakte Steuerung nur dann möglich ist, wenn man entsprechend große Vorlastkräfte aufbringt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und deren Vorteile zu erhalten. Insbesondere soll bei einer mechanischen Abtastung der Bahnkante mit der damitverbundenenunmi elbarenSteuerungundgroßen Steuergenauigkeit die auf die Bahn einwirkende Abtastkraft so weit herabgemindert werden, wie dies etwa mit pneumatischen Abtastorganen möglich ist. . Zu diesem Zweck wird bei einer Vorrichtung zur selbsttätigen Korrektur seitlicher Bewegungsabweichungen von Materialbahnen der eingangs geschilderten Gattung eine im Sinne des Schließens der Ausströmöffnung durch das Ventilglied entgegen einer durch das auströmende Gas verursachten Kraft auf das Tastorgan einwirkende Magneteinrichtung vorgesehen, und die Balg- oder Membranfeder wird in an sich bekannter Weise an ein Mehrwegeventil angeschlossen, das eine besondere Stellvorrichtung für ein Führungselement der Materialbahn steuert.
Hier kann eine auf den Tasthebel einwirkende pneumatische Reaktionskraft durch eine entgegenwirkende magnetische Rückstellkraft ganz oder nahezu vollständig kompensiert werden. Es versteht sich, daß man in Anordnung und Auslegung der Magneteinrichtung weitgehende Freiheit hat, um die gewünschte resultierende Kraftcharakteristik schaffen zu können. Bedeutsam ist vor allem, daß diese Kräfte aufgebracht werden, ohne daß der Tasthebel irgendwelche zusätzliche Massen zu bewegen braucht und ohne daß weitere Reibungskräfte entstehen. Die einzige Reibung liegt in der Lagerung des Tastorgans, und die einzigen zu überwindenden Masgenkräfte s i in d durch die Masse des Hebels selbst bedingt und können daher in äußerst engen Grenzen gehalten werden. Praktisch kann auf diese Weise mit beliebig kleinen Tastkräften eine wiederum beliebig. starke Stellvorrichtung gesteuert werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, wobei das Tastorgan als Schwenkhebel ausgebildet ist, wird das Ventilglied an dem am Gehäuse der Kammer gelagerten TastorgaA angelenkt, daß es sich selbst auf die zu steuernde Ausströmöffnung ausrichtet. Das Tastorgan kann wiederum an dem Gehäuse mittels eines Stiftes gelagert werden, der über einen federnden Teil auswechselbar am Tastorgan festgelegt ist.
In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine teils im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, F i g. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie 11-II der F ig. 1 und F i g. 3 eine in etwas vergrößertem Maßstab gezeigte Schnittansicht der in F i g. 1 dargestellten biegsamen Kupplung.
Gemäß F i g. 1 ist ein als Ganzes mit 70 bezeichneter Rahmenteil vorgesehen, der zum Teil aus einem eine Fühlvorrichtung 72 und ein Vierwegeventil 74 umgebenden Gehäuse 71 besteht. Das Gehäuse 71 ist mit einem Deckel 73 verschlossen. Ein oberer Teil des Rahmens ist als Tisch 76 ausgebildet, über welchem sich die Materialbahn 15 hinwegbewegt. Eine die Materialbahn in Anlage am Tisch haltende Randplatte 78 wird durch zwei Federn 80, die an einem am Tisch vorgesehenen Pfosten 82 befestigt sind, in ihrer Stellung gehalten. Von diesen Federn ist nur eine dargestellt.
Durch im Tisch 76 und im Gehäuse 71 vorgesehene fluchtende öffnungen 84 und 86 erstreckt sich ein Fühlfinger 88, der schwenkbar an einem Halterungsarm 134 mittels eines Stifts 190 befestigt ist und durch ein am unteren Ende des. Fingers befestigtes Gegengewicht 92 im Gleichgewicht gehalten wird-. Der Oberteil des Fühlfingers ist etwas gekrümmt und liegt an der Kante- der Materialbahn an. Am Fühlfinger ist ein konisches Ventil 90 befestigt, das bei der Bewegung des Fingers in eine in einem Ventilsitz 98 vorgesehene Bohrung 96 ein- und austreten kann. Der Ventilsitz 98 ist in einem Gehäuseteil 100 eingeschraubt, in welchem sich eine mit der Bohrung 96 in Verbindung stehende Kammer 102 befindet. Durch eine über einen Nippel 104 mit dem Gehäuseteil 100 verbundene Leitung 106 strömt ständig ein Druckluftstrom, der durch ein Nadelventil 105 gedrosselt werden kann.
Am Gehäuseteil 100 ist das Diaphragma 110 befestigt, das mit der Kammer 102 durch einen Kanal 108 in Verbindung steht.
Eine biegsame Kupplung 112 verbindet das Diaphragma mit dem Vierwegeventil 74. Druckluft von beispielsweise 3,5 kg/CM2 wird dem Ventil durch ein T-Stück 114 durch eine Leitung zugeführt. Ein Paar von Auslaßkanälen 116, 118 führen zu einem nicht dargestellten pneumatischen Zylinder.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Es sei angenommen, daß die Materialbahn 15 den' Fühlfinger 88 nach rechts (F i g. 1) drückt, so daß diese um den Stift 190 in Richtung des Uhrzeigers verschwenkt wird. Diese Bewegung führt das Ventil 90 vom Ventilsitz weg, so daß Luft aus der Kammer 102 durch die Bohrung 96 entweichen kann. Da die Kammer drucklos ist, wird das Diaphragma im zusammengefallenen Zustand verbleiben. Durch den Auslaßkanal 118 austretende Druckluft wird dann die Vorrichtung zum Verschieben der Materialbahn so betätigen, daß die Materialbahn nach links verschoben wird.
Wenn die Materialbahn nach links abweicht, wird die Bohrung 96 verschlossen, so daß der dann in der Kammer 102 vorhandene Druck das Diaphragma 110 ausdehnt. Hierdurch ändert sich die Einstellung des Vierwegeventils, und Druckluft strömt durch den Auslaßkanal 116, so daß die Vorrichtung zum Verschieben der Materialbahn diese nach rechts bewegt.
Die Vorrichtung befindet sich dann im Gleichgewichtszustand, wenn die Materialbahn sich auf der für sie vorgesehenen Bahn bewegt. Die Bohrung 96 ist dann nur teilweise vom Ventil verschlossen, und das Diaphragma ist ebenfalls teilweise ausgedehnt, so daß sich das Vierwegeventil in seiner neutralen Stellung befindet.
Damit das konische Ventil 90 sich richtig zum Ventilsitz 98 einstellen kann, ist es am Fühlfinger 88 derart angeordnet, daß es sich selbst ausrichten kann. Wie in F i g. 1 gezeigt, ist das Ventil 90 mit einem Schaft 120 versehen, der durch eine öffnung des Fühlfingers hindurchgeht. Auf diesen Schaft ist eine zwischen zwei Federtellem 124 angeordnete Zylinderfeder 130 geschoben, die durch einen Stift 126 gehalten wird. Dadurch hat das Ventil 90 ein gewisses Spiel, so daß es sich, wenn es sich nicht in ausgerichteter Lage mit der Bohrung 96 befindet, selbst ausrichten kann.
Zur Vermeidung von unnötigem Verschleiß in der Lagerung des Fühlfingers 88 ist dessen unteres Ende mit seitlichen Ansätzen 132 versehen, durch welche der Stift 190 hindurchgeht. Wie F i g. 2 zeigt, ist der vorzugsweise aus fedemd-nachgiebigem Metall bestehende Stift 190 mit einer oder mehreren Windungen 136 versehen, die am Finger mit Anpreßdruck anliegen. Dadurch wird der Stift am Finger festgehalten und bewegt sich zusammen mit diesem. Verschleiß wird also am Stift und nicht am Finger auftreten, wodurch Wartungskosten gespart werden, weil lediglich der Stift ersetzt zu werden braucht.
Am Gehäuseteil 100 ist ein Magnet 140 vorgesehen, der sich in Richtung auf den Finger erstreckt und diesen entgegen der Uhrzeigerrichtung anzieht. Dieser Manget ist so angeordnet, daß seine auf den Finger wirkende Zugkraft dann am stärksten ist, wenn die Bohrung 96 durch das konische Ventil 90 völlig geschlossen ist. Es ist ersichtlich, daß bei geschlossenem Ventil der sich in der Kammer 102 bildende Druck das Ventil nach außen zu drücken sucht. Der den Finger entgegen der Uhrzeigerrichtung anziehende Magnet wirkt also dem Kammerdruck entgegen, der das Ventil zu öffnen sucht. Wenn sich der Finger aus dem magnetischen Feld herausbewegt, nimmt die Anziehungskraft ab. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Verhältnis zwischen der auf den Finger ausgeübten Anziehungskraft des Magneten dem Druck, der das Ventil zu öffnen sucht, in jeder Fingerstellung konstant ist.
In F i g. 3 ist im Querschnitt das biegsame Kupplungsstück 112 gezeigt. Obwohl angestrebt wird, daß das Vierwegeventil 74 in genauer Ausrichtung mit dem Fühlfinger 88 eingebaut ist, ist doch eine flexible Kupplung zwischen diesen Teilen einer starren Kupplung vorzuziehen. Die Teile des Vierwegeventils haben eine hohe Paßgenauigkeit, so daß schon eine geringe Abweichung in der Ausrichtung eine unzulässige Reibung an den sich relativ zueinander bewegenden Ventilflächen verursachen kann. Durch die flexible Kupplung wird eine unrichtige Ausrichtung kompensiert.
Gemäß F i g. 3 weist das Kupplungsstück 112 zwei Verbindungsstücke 142, 144 auf, die an der Ventilstange 145 des Vierwegeventils bzw. am Diaphragma angeordnet sind. Jedes Verbindungsstück hat einen Gewindeteil 146 bzw. 148 und einen an diesen Gewindeteil anschließenden Ansatz 150 bzw. 152. Der Durchmesser der Ansätze entspricht etwa dem Innendurchmesser des Gewindes.
Eine Zylinderfeder 154 mit einer der Gewindeganghöhe entsprechenden Ganghöhe ist auf die Gewindeteile aufgeschraubt. Ein mit Spiel in die Ausbohrung 156, 158 der beiden Verbindungsstücke eingesetzter Stift 160 hält die Verbindungsstücke auf Ab- stand und die Feder 154 unter Spannung. Die mit den Gewindeteilen 146, 148 im Eingriff stehenden Teile der Feder stehen dabei nicht unter Spannung, während der mittlere Teil der Feder etwas gestreckt ist. Es ist ersichtlich, daß die Ansätze 150, 152 ein unzulässiges Durchbiegen des Kupplungsstückes verhindern. Es hat sich herausgestellt, daß diese Art der Kupplung die für ein gutes Arbeiten der Fühlvorrichtung erforderliche Flexibilität besitzt.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur selbsttätigen Korrektur seitlicher Bewegungsabweichungen von Materialbahnen, bei der ein die Lage einer Materialbahnkante abfühlendes und durch eine Rückstellkraft belastetes Tastorgan mit einem Ventilglied verbunden ist, das in Abhängigkeit von Richtung und Größe der Auslenkung des Tastorgans den Auslaßquerschnitt einer ins Freie führenden Ausströmöffnung einer durch eine Druckgasquelle gespeisten Kammer steuert, die mit einer ein seitliches Verschieben der Materialbahn im Sinne eines Zurückführens der Bahn in deren Normallage steuernden Balg- oder Membranfeder in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Sinne des Schließens der Ausströmöffnung (96) durch das Ventilglied entgegen einer durch das ausströmende Gas verursachten Kraft auf das Tastorgan einwirkende Magneteinrichtung (140) vorgesehen ist und daß die Balg- oder Membranfeder in an sich bekannter Weise an ein Mehrwegeventil (74) angeschlossen ist, das eine besondere Stellvorrichtung für ein Führungselement der Materialbahn steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Tastorgan als Schwenkhebel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (90) an dem am Gehäuse (100) der Kammer (102) gelagerten Tastorgan (88) derart angelenkt ist, daß es sich selbst auf die zu steuernde Ausströmöffnung (96) ausrichtet. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastorgan (88) an dem Gehäuse (100) mittels- eines Stifts (190) gelagert ist, der über einen federnden Teil (136) auswechsolbar am Tastorgan festgelegt ist, 4. Vorrichtung nach Ansprach 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (112) zwischen dem Diaphragma (110) und dem Mehrwegeventil (74) flexibel ausgebildet ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kupplung (112) zwischen dem Diaphragma (110) und dem Mehrwegeventil (74) aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten Verbindungsnippeln (142, 144) besteht, deren Abstand durch einen Axialstift (160) aufrechterhalten wird und die durch eine an den einander zu -g ewandten Eiaden der Verbindungs nippel anliegende, den Stift umgebende Zylinderfeder (154) zusammengehalten sind. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (110) aus einem in seiner Axialrichtung dehnbaren Balg besteht, der einerseits axial an dem Gehäuse der Kammer (102) und andererseits - ebenfalls axial - über die flexible Kupp- lung (112) mit dem Mehrwegeventil (74) gekuppelt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr, 609 590; deutsche Auslegeschriften Nr. 1026 272, 1036 029; britische Patentschrift Nr. 709 841; französische Patentschrift Nr. 724 179; USA.-Patentschriften Nr. 1982 685, 2 819 655; Technische Rundschau, Nr, 13, 1957, S. 26 bis 31.