DE19832871C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Längsschneiden einer Materialbahn - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Längsschneiden einer in Laufrichtung laufenden Materialbahn angegeben, bei denen mindestens eine Messereinheit (7, 9), die eine Schneidkante (11) aufweist und auf einem Träger (4) angeordnet ist, der in einem Maschinengestell (5) quer zur Laufrichtung verschiebbar ist, positioniert wird und eine Meßeinrichtung die Position ermittelt. DOLLAR A Man möchte die Positionsermittlung verbessern. DOLLAR A Hierzu weist die Meßeinrichtung zwei Meßwertgeber auf, von denen ein erster Meßwertgeber (12) auf dem Träger (4) angeordnet ist und die Entfernung (II, IV) der Schneidkante (11) zu einem trägerfesten Fixpunkt (13) ermittelt, und ein zweiter Meßwertgeber (14, 15) die Entfernung eines trägerfesten Fixpunkts von einem im Maschinengestell (5) ortsfesten Nullpunkt (O) ermittelt. Die absolute Position der Schneidkante (11) durch die Kombination der beiden Entfernungen gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Längsschneiden einer in Laufrichtung laufenden Materialbahn, bei dem mindestens eine Messereinheit auf einem Träger in einem Maschinengestell quer zur Laufrichtung verschoben und die Position ihrer Schneidkante im Maschinengestell er­ mittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vor­ richtung zum Längsschneiden einer in Laufrichtung lau­ fenden Materialbahn mit mindestens einer Messereinheit, die eine Schneidkante aufweist und auf einem Träger an­ geordnet ist, der in einem Maschinengestell quer zur Laufrichtung verschiebbar ist, und mit einer Meßein­ richtung zur Ermittlung der Position der Schneidkante.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber bei allen anderen Materialbahnen, die im Verlauf ihrer Fertigung in Längsstreifen vorbestimmter Breite geschnitten werden müssen, anwendbar. Beispiele sind Folien aus Kunststoff oder Metall oder auch Kartonbah­ nen. In einigen Fällen dient das Längsschneiden auch nur zum Begradigen einer parallel zur Laufrichtung ver­ laufenden Längskante. Auch in diesem Fall findet die Erfindung Anwendung.

Papierbahnen werden vielfach in Breiten produziert, die für den späteren Anwender zu groß sind. Moderne Papier­ maschinen erzeugen Papierbahnen in Breiten bis zu 10 m, Verwender, beispielsweise Druckereien, verwenden Pa­ pierbahnen bis derzeit maximal 3,8 m. In den meisten Fällen liegt die gewünschten Breite sogar noch niedri­ ger, nämlich im Bereich zwischen 0,8 und 2 m. Es ist daher notwendig, die Papierbahn vor dem Aufwickeln zu Wickelrollen in mehrere Teilbahnen zu unterteilen. Die­ ses Längsschneiden erfolgt bei jeder Schnittlinie mit einer Messereinheit, die üblicherweise im "Scheren­ schnitt" arbeitet und durch ein kreisförmiges Obermes­ ser auf einer Seite der Papierbahn und ein ebenfalls kreisförmiges, Untermesser auf der anderen Seite der Papierbahn gebildet wird, wobei in der Regel mindestens eines dieser Messer angetrieben ist. Die Berührungsebe­ ne zwischen Obermesser und Untermesser bildet die Schneidkante. Die Schneidkante fällt üblicherweise mit der einen Stirnseite des Untermessers zusammen.

Die vom Verwender gewünschte Breite der Papierteilbah­ nen ist relativ genau vorgegeben. Die Toleranzen liegen hierbei im Bereich ± 0,25 mm. Um diese Genauigkeit zu erreichen, müssen die Schneidkanten der Messereinheit mit der entsprechenden Genauigkeit positioniert werden können. Wenn die Messereinheit in die gewünschte Posi­ tion verbracht worden ist, muß man normalerweise noch einmal nachmessen, ob auch die Schneidkante die ge­ wünschte Position erreicht hat. Hierzu kann man bei­ spielsweise ein Stahlmeßband verwenden, das von einer genau festgelegten Bezugsposition des Maschinengestells mit vorgegebener Kraft parallel zur Verschieberichtung der Träger eingespannt wird. Die Positionen der einzel­ nen Schneidkanten lassen sich anschließend an diesem Maßband ablesen. Wenn man diese Positionen dann in eine speicherprogrammierbare Steuerung eingibt, lassen sich nachfolgend weitere Positionen anfahren, beispielsweise bei Änderung des Schneidplanes. Dieser Vorgang wird auch als manuelle Kalibrierung bezeichnet.

Da eine derartige manuelle Kalibrierung relativ um­ ständlich und zeitraubend ist, hat man in DE 34 07 258 A1 vorgeschlagen, nach der Positionierung der Träger und damit der Schneidkanten einen Meßwandler über die Arbeitsbreite zu verfahren. Der Meßwandler ermittelt die Schneidkantenpositionen relativ zu einem maschinen­ festen Nullpunkt. Hierbei lassen sich die einzelnen Schneidkantenpositionen allerdings nur zeitlich nach­ einander ermitteln. Eine fortlaufende Erfassung ist nicht möglich. Daher kostet die Ermittlung aller Posi­ tionen relativ viel Zeit und zwar um so mehr, je länger die Meßstrecke wird. Die Ermittlung der Schneidkanten­ positionen ist relativ. Die Werte der Stellungen stehen nach Inbetriebnahme der Vorrichtung nicht sofort zur Verfügung.

DE 34 17 042 C2 zeigt ein ähnliches Verfahren, bei dem man einerseits die Position des Trägers im Maschinenge­ stell ermittelt, andererseits aber auch die Position der Schneidmesserkante auf dem jeweiligen Träger. Zur Ermittlung dieser Position werden die einzelnen Träger nacheinander an Sensoren vorbeigeführt, die im Maschi­ nengestell ortsfest sind, wobei die zum Vorbeiführen notwendige Zeit zwischen einer Markierung am Träger und der Schneidkante eine Aussage über den Abstand der Schneidkante von dieser Markierung erlaubt. Diese Vor­ gehensweise hat zwar den Vorteil, daß man im Betrieb permanent über die Position der Träger im Maschinenge­ stell informiert sein kann. Die absolute Position der Schneidkante ist jedoch noch fehlerbehaftet. Dies er­ gibt sich zum einen dadurch, daß diese Position nur re­ lativ ermittelt werden kann. Zum anderen können Ände­ rungen, die im Betrieb auftreten, beispielsweise durch Verschleiß, nicht erfaßt werden.

Die Schneidmesser einer Messereinheit müssen üblicher­ weise von Zeit zu Zeit nachgeschliffen werden. Nach je­ dem Nachschleifen ist demnach eine Neukalibrierung er­ forderlich. Darüber hinaus ergeben sich aber auch im Betrieb Abnutzungserscheinungen, die durchaus in die Größenordnung des Toleranzbereichs fallen.

DE 94 10 069 U1 zeigt eine Positioniereinrichtung für Untermesser bei Längsschneidemaschinen. Die Untermesser sind hierbei büchsenartig ausgebildet. Sie können auf eine Untermesserwelle aufgeschoben werden. Zum Fest­ stellen der Position der Schneidkante eines jeden Un­ termessers ist ein Schlitten vorgesehen, der über die aufgeschobenen Untermesser verschoben werden kann und die Lage der Messerschneiden der einzelnen Untermesser gegenüber einem gehäusefesten Gestell ermittelt. Diese Werte werden dann in eine Steuereinrichtung eingegeben. Falls sich eine Differenz der so ermittelten Schneid­ kanten zu einer Sollposition ergibt, kann der gleiche Schlitten erneut verfahren werden, um jeweils ein ein­ zelnes Untermesser klemmend zu ergreifen und auf der Untermesserwelle zu verschieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermitt­ lung der Position der Schneidkante zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Position der Schneidkante unmittelbar auf dem Träger und die Positi­ on des Trägers im Maschinengestell ermittelt wird und die absolute Position der Schneidkante im Maschinenge­ stell durch Kombination dieser beiden Positionsangaben gebildet wird.

Bei dieser Vorgehensweise entfällt eine Relativmessung der Schneidkante und einer Bezugsposition zu Punkten im Maschinengestell. Die Position der Schneidkante auf dem Träger wird vielmehr unmittelbar und damit mit einer höheren Genauigkeit ermittelt. Damit kann man auch im Betrieb Informationen über die Position der Schneidkan­ te gewinnen, ohne daß es erforderlich ist, während ei­ ner Betriebsunterbrechung die Träger an Sensoren vorbei zufahren und sie danach erneut zu positionieren. Da bei jeder Neupositionierung das Risiko eines Fehlers be­ steht, wird auf diese Weise das Fehlerrisiko vermin­ dert.

Vorzugsweise wird zumindest die Position der Schneid­ kante auf dem Träger durch Messen einer Entfernung zwi­ schen der Schneidkante und einem trägerfesten ersten Fixpunkt ermittelt (Anspruch 2). Diese Vorgehensweise ist zu bevor­ zugen, weil sich die Entfernung der Schneidkante von dem Fixpunkt ändert, beispielsweise dann, wenn sich die Schneidkante aufgrund eines Nachschleifens des Unter­ messers verlagert.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß überwacht wird, ob die Entfernung ein vorbestimmtes Mindestmaß über- oder ein vorbestimmtes Maximalmaß unterschreitet und in die­ sem Fall eine Fehlermeldung ausgegeben wird (Anspruch 3). Die Frage, ob man ein Mindestmaß oder ein Maximalmaß überwacht, entscheidet sich danach, von welcher Seite aus man die Entfernung zur Messerkante hin mißt. Wenn man von der "Rückseite" des Messers mißt, dann wird man ein Min­ destmaß überwachen. Wenn das Messer zu sehr abgeschlif­ fen worden ist, ist es nicht mehr brauchbar, weil es Untermaß aufweist. Wenn man hingegen von der anderen Seite her mißt, dann nimmt die Entfernung der Schneid­ kante mit zunehmendem Abschleifen zu, so daß nach einer gewissen Anzahl von Abschleifvorgängen ebenfalls kein brauchbares Messer mehr vorliegt. Das gleiche gilt na­ türlich auch im Betrieb, wenn sich Abnutzungserschei­ nungen ergeben. Dies kann durch die Überwachung sofort angezeigt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu se­ hen, daß beide Positionen permanent ermittelt werden (Anspruch 4). Sie können also in jedem Programmzyklus eines Mikropro­ zessors eingelesen werden, mit dem eine Steuereinrich­ tung arbeitet. Zwischen einzelnen Einlesevorgängen kön­ nen durchaus kurze Zeiten liegen, wie dies bei mikro­ prozessorgesteuerten Maschinen üblich ist. Diese Zeiten liegen aber normalerweise in Bereichen kleiner als 1 Sekunde, so daß sie in der Praxis keine Rolle spielen. Durch eine fortlaufende Überwachung der Positionen las­ sen sich Abweichungen der Schneidkante von der Sollpo­ sition schnell erfassen und gegebenenfalls ausgleichen.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Meßeinrichtung zwei Meßwertgeber aufweist, von denen ein erster Meßwertge­ ber auf dem Träger angeordnet ist und die Entfernung der Schneidkante zu einem trägerfesten ersten Fixpunkt ermittelt, und ein zweiter Meßwertgeber die Entfernung eines zweiten trägerfesten Fixpunkts von einem im Ma­ schinengestell ortsfesten Nullpunkt ermittelt.

Durch die Verwendung eines trägerfesten Meßwertgebers wird es ermöglicht, die Position der Schneidkante auf dem Träger unmittelbar zu ermitteln, so daß das Risiko eines Fehlers hier relativ klein bleibt. Die Meßgenau­ igkeit kann erhöht werden. Die Position des Trägers im Maschinengestell läßt sich durch die Ermittlung der Entfernung zwischen einem trägerfesten Fixpunkt und dem Nullpunkt im Maschinegestell ermitteln. Auch hier läßt sich eine hohe Meßgenauigkeit erzielen. Wenn man beide Meßwerte zusammenführt, ergibt sich eine äußerst genaue Positionsbestimmung. Da diese Positionsbestimmung in Betriebsposition und vor allem auch während des Be­ triebs folgen kann, können etwa auftretende Fehler sehr schnell ausgeglichen werden.

Vorzugsweise weist der zweite Meßwertgeber einen sta­ tionären aktiven und einen beweglichen passiven Teil auf (Anspruch 6). Damit benötigt der zweite Meßwertgeber keine fle­ xiblen Verbindungen zwischen dem Träger und einer Aus­ werteeinrichtung, was den Betrieb erleichtert und das Risiko von Meßfehlern weiter absenkt.

Vorzugsweise ist der aktive Teil als Meßlineal ausge­ bildet (Anspruch 7). Ein derartiges Meßlineal wirkt mit einer Orts­ marke, d. h. dem zweiten Fixpunkt, auf dem Träger zusam­ men. Das Meßlineal kann optisch, akustisch, magnetisch, elektromagnetisch oder kapazitiv arbeiten. Es gestattet die Ermittlung der Position mit einer hohen Genauig­ keit.

Vorzugsweise fallen die beiden Fixpunkte zusammen (Anspruch 8). Dies erleichtert die Auswertung. Man benötigt bei der Be­ rechnung der absoluten Position der Schneidkante keinen Offset mehr.

Vorteilhafterweise ist ein Vergleicher mit dem ersten Meßwertgeber verbunden, der eine Fehlermeldung ausgibt, wenn die Entfernung einen vorbestimmten Wert unter- oder überschreitet (Anspruch 9). Wie oben im Zusammenhang mit der Verfahren erläutert wurde, kann man hiermit eine rela­ tiv einfache Fehlerüberwachung dahingehend erreichen, ob das Messer ein Untermaß aufweist und somit ausge­ wechselt werden muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer schemati­ schen Anordnung einer Schneideinrichtung mit einer Messereinheit und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Schneideinrichtung mit zwei Messereinheiten.

Eine schematisch dargestellte Längsschneidvorrichtung 1 zum Schneiden einer in einer Laufrichtung 2 laufenden Materialbahn 3, beispielsweise einer Papierbahn, weist einen Träger 4 auf, der auch als "Schlitten" bezeichnet werden kann. Dieser Träger 4 ist auf Schienen 5 quer zur Laufrichtung 2 verschiebbar. Er kann hierzu auf Rollen 6 gelagert sein. Einrichtungen, um den Träger 4 nach dem Verschieben zu fixieren, beispielsweise eine Klemmeinrichtung, sind vorhanden, aus Gründen der Über­ sicht aber nicht dargestellt.

An dem Träger 4 befindet sich ein Kreismesser 7, das von einem Motor 8 angetrieben ist. Das Kreismesser 7 befindet sich auf einer Seite, hier der Oberseite, der Materialbahn 3. Auf der anderen Seite, d. h. der Unter­ seite, ist ein Gegenmesser 9 angeordnet, das an das Kreismesser 7 angestellt wird. Das Gegenmesser 9 liegt unter Federkraft mit einer relativ kleinen Überdeckung an der Stirnseite des Kreismessers 7 an. Kreismesser 7 und Gegenmesser 9 wirken also nach Art einer Schere zu­ sammen und erzeugen eine Schnittlinie 10, deren Lage durch die Position der Schneidkante 11 des Kreismessers 7 definiert ist.

Das Gegenmesser 9 hängt natürlich nicht frei in der Luft. Es ist an einem ähnlichen Träger befestigt, der aber aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt ist. Der Träger des Gegenmessers 9 kann mit einer verminder­ ten Genauigkeit positioniert werden, weil das Gegenmes­ ser 9 hier mit Federkraft an das Kreismesser 7 ange­ stellt wird.

Da die Lage der Schnittlinie 10 mit einer relativ gro­ ßen Genauigkeit von ±0,25 mm eingehalten werden muß, muß das Kreismesser 7, genauer gesagt seine Schneidkan­ te 11, mit genau der gleichen Genauigkeit positioniert werden können. Um die Positionierung zu überwachen, ist eine Meßeinrichtung vorgesehen. Die Meßeinrichtung weist einen ersten Meßwertgeber 12 auf, der die Lage der Schneidkante 11 zu einem Fixpunkt 13 am Träger 4 (in Fig. 2 als Linie dargestellt) ermittelt. Ferner weist die Meßeinrichtung einen zweiten Meßwertgeber auf, der aus einem festen Maschinengestell (von dem nur die Schienen 5 dargestellt sind) gelagerten Meßlineal 14 und einer mit dem Träger 4 fest verbundenen Ortsmarke 15 besteht. Das Meßlineal 14 ist hierbei der aktive Teil des zweiten Meßwertgebers und die Ortsmarke 15 der pas­ sive Teil. Im vorliegenden Fall ist die rechte Kante der Ortsmarke 15 der "Meßpunkt". Man kann Meßlineal 14 und Ortsmarke 15 auch als Stellungswandler bezeichnen. Das gleiche gilt für den Meßwertgeber 12 und die Schneidkante 11. Beide Stellungswandler arbeiten berüh­ rungslos, beispielsweise auf optische, akustische, ma­ gnetische, elektromagnetische oder kapazitive Art und Weise.

Anhand von Fig. 2 soll nun die Funktionsweise der Posi­ tionserfassung näher erläutert werden. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ma­ terialbahn 3 ist aus Gründen der Übersicht in Fig. 2 genauso weggelassen wie der Träger für das Gegenmesser 9. Dargestellt sind zwei Messereinheiten A, B.

Der erste Meßwertgeber 12 ermittelt bei der Messerein­ heit A eine Entfernung II zwischen der Schneidkante 11 und dem Fixpunkt 13 (ebenfalls gleich der rechten Kante der Ortsmarke 15). Der zweite Meßwertgeber 14, 15 er­ mittelt eine Entfernung I zwischen einem Nullpunkt 0 und dem gleichen Fixpunkt 13. Eine Addition beider Ent­ fernungen I, II liefert dann die Entfernung der Schneidkante 11 zum Nullpunkt 0 und damit dies genaue Position der Schneidkante 11 im Maschinengestell 5.

Zur Verdeutlichung eines Unterschiedes wurde eine wei­ ter rechts angeordnete, identisch aufgebaute Messerein­ heit B mit einem weniger stark abgenutzten Kreismesser 7' dargestellt. Der Meßwertgeber 12 kann nun eine Ent­ fernung IV zwischen der Schneidkante 11 und dem Fix­ punkt 13 ermitteln. Der zweite Meßwertgeber 14, 15 er­ mittelt eine Entfernung III zwischen dem Nullpunkt 0 und dem Fixpunkt 13. Daraus kann man die absolute Ent­ fernung der Schneidkante 11 des Kreismessers 7' vom Nullpunkt 0 ermitteln.

In beiden Fällen wird vorausgesetzt, daß der Fixpunkt 13 für den ersten Meßwertgeber 12 und für den zweiten Meßwertgeber 14, 15 identisch ist. Dies ist aber nicht zwingend. Man kann auch zwei unterschiedliche Fixpunkte verwenden. Der Abstand zwischen den beiden Fixpunkten muß dann in die Berechnung einfließen.

Die einzelnen Entfernungen I-IV werden einer Auswerte­ einrichtung zugeführt, die nicht näher dargestellt ist. Die Auswerteeinrichtung kann auch noch einen Komparator aufweisen, der überprüft, ob die Entfernungen II, IV einen vorbestimmten Mindestwert übersteigen. Wenn die Entfernungen II bzw. IV kleiner als oder gleich wie dieser Minimalwert ist, dann gibt der Vergleicher eine Warnung aus. Man kann damit sicherstellen, daß ein Kreismesser 7 mit Untermaß sofort erkannt und angezeigt wird.

Wenn eine Neupositionierung der Kreismesser 7, 7' er­ forderlich ist, dann ist der erwähnten Steuereinrich­ tung die absolute Position der Schneidkante 11 auf je­ dem Träger 4 bekannt. Die Steuereinrichtung muß dann lediglich dafür sorgen, daß die Träger 4 mit ihrem Fix­ punkt 13 die entsprechende Position gegenüber dem Meß­ linieal 14 einnehmen. Hierzu kann sie die Träger 4 be­ wegen und zwar wahlweise über einen eigenen Antrieb an den Trägern 4 oder über einen externen Antrieb der Trä­ ger 4, wie dies an sich bekannt ist.

Claims (9)

1. Verfahren zum Längsschneiden einer in Laufrichtung laufenden Materialbahn, bei dem mindestens eine Messereinheit auf einem Träger in einem Maschinen­ gestell quer zur Laufrichtung verschoben und die Position ihrer Schneidkante im Maschinengestell er­ mittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Posi­ tion der Schneidkante (11) unmittelbar auf dem Trä­ ger (4) und die Position des Trägers (4) im Maschi­ nengestell (5) ermittelt wird und die absolute Position der Schneidkante (11) im Maschinengestell (5) durch Kombination dieser beiden Positionsangaben gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Position der Schneidkante (11) auf dem Träger (4) durch Messen einer Entfernung (II, IV) zwischen der Schneidkante (11) und einem trägerfesten ersten Fixpunkt (13) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß überwacht wird, ob die Entfernung (II, IV) ein vorbestimmtes Mindestmaß über- oder ein vorbestimm­ tes Maximalmaß unterschreitet, und in diesem Fall eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Positionen permanent er­ mittelt werden.

5. Vorrichtung zum Längsschneiden einer in Laufrich­ tung laufenden Materialbahn mit mindestens einer Messereinheit, die eine Schneidkante aufweist und auf einem Träger angeordnet ist, der in einem Ma­ schinengestell quer zur Laufrichtung verschiebbar ist, und mit einer Meßeinrichtung zur Ermittlung der Position der Schneidkante, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßeinrichtung zwei Meßwertgeber auf­ weist, von denen ein erster Meßwertgeber (12) auf dem Träger (4) angeordnet ist und die Entfernung (II, IV) der Schneidkante (11) zu einem trägerfe­ sten ersten Fixpunkt (13) ermittelt, und ein zwei­ ter Meßwertgeber (14, 15) die Entfernung (I, III) eines zweiten trägerfesten Fixpunkts von einem im Maschinengestell (5) ortsfesten Nullpunkt (0) er­ mittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Meßwertgeber (14, 15) einen stationären aktiven (14) und einen beweglichen passiven (15) Teil aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der aktive Teil (14) als Meßlineal ausge­ bildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Fixpunkte (13) zusammenfallen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher mit dem ersten Meßwertgeber (12) verbunden ist, der eine Fehlermeldung ausgibt, wenn die Entfernung (II, IV) einen vorbestimmten Wert unter- oder überschreitet.