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Die
Erfindung befasst sich mit dem gegenseitigen Andrücken
einer Paarung aus zwei achsparallelen Walzen in einer Einrichtung
zur Herstellung oder/und Behandlung einer laufenden Materialbahn.
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Walzenpaarungen
werden vielfach in Maschinen eingesetzt, auf denen Papier-, Karton-
oder andere Materialbahnen hergestellt oder behandelt werden. Mittels
solcher Walzenpaarungen werden Materialbahnen beispielsweise kalandriert,
gestrichen oder bedruckt. Regelmäßig wird dabei
großes Augenmerk auf die zwischen den Walzen der Paarung übertragene
Andruckkraft gelegt. Die Einhaltung einer bestimmten Andruckkraft
ist gewöhnlich von entscheidender Bedeutung für
das Ergebnis der Behandlung der Materialbahn, sei es beispielsweise das
Glättergebnis beim Kalandrieren oder das Strichergebnis
beim Auftragen eines Leims oder einer pigmenthaltigen Streichfarbe.
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Aus
EP 0 978 589 A2 ist
es bekannt, die zwischen einer Walzenpaarung übertragene
Andrückkraft und insbesondere deren axiale Verteilung mittels
Sensoren zu erfassen, welche in eine der Walzen oberflächennah
eingebettet sind. Zwar kann auf diese Weise die Linienpressung zwischen
den Walzen sehr genau erfasst werden und bei Abweichungen von den
gewünschten Werten eine entsprechende Ansteuerung geeigneter
Kraftgeräte erfolgen, um eine stärkere oder schwächere
Anpressung der Walzen zu bewirken. Allerdings hat die Einbettung
der Sensoren in die Walze den Nachteil, dass dies zum einen die
Walzenherstellung verteuert. Zum anderen ergeben sich durch die
oberflächennah angeordneten Sensoren Probleme, wenn die äußere
Funktionsschicht der Walze gelegentlich abgeschliffen werden muss,
um Beschädigungen darin zu beseitigen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen weniger kostenaufwendigen und
auch das gelegentliche Abschleifen der Walzen nicht störenden
Weg aufzuzeigen, wie eine gewünschte gegenseitige Anpressung
zweier Walzen erreicht werden kann.
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Bei
der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem
Verfahren zur Einstellung der Anpressung zweier aneinander annäherbarer achsparalleler
Walzen in einer Einrichtung zur Herstellung oder/und Behandlung
einer laufenden Materialbahn, wobei mindestens eine der Walzen einen radial
elastischen Walzenbezug aufweist.
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Hierzu
wird weiterbildend vorgeschlagen, dass eine Abstand-Kraft-Charakteristik
für die Walzenpaarung ermittelt wird, welche einen Zusammenhang
zwischen dem gegenseitigen Achsabstand der beiden Walzen und der
zwischen den beiden Walzen übertragenen Andrückkraft
repräsentiert, und dass zur Erzielung einer gewünschten
Andrückkraft der Walzen im Arbeitsbetrieb der Einrichtung
ein zugehöriger Soll-Wert des Achsabstands aus der Abstand-Kraft-Charakteristik
ermittelt und an der Walzenpaarung eingestellt wird.
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Die
Erfindung weicht von der bisherigen Vorgehensweise ab, indem sie
die zwischen den Walzen übertragene Andrückkraft
nicht mittels Drucksensoren erfasst und eine von den Sensorsignalen
abhängige Ansteuerung von Kraftgeräten bewirkt.
Stattdessen macht sie sich die Federeigenschaften des elastischen
Bezugs mindestens einer der Walzen zunutze. Sie beruht auf der Erkenntnis,
dass sich – bedingt durch die Abplattung des Bezugs bei
Andrückung der Walzen – der gegenseitige Abstand
zwischen den Achsen der beiden Walzen in Abhängigkeit von
der zwischen den beiden Walzen herrschenden Anpressung ändert.
Es kann demnach eine "Federkennlinie" für die Walzenpaarung
ermittelt werden, die die zwischen den Walzen übertragene
Andrückkraft in Bezug zum gegenseitigen Achsabstand der
Walzen setzt. Soll dann im Arbeitsbetrieb der Maschine, in der die
Walzenpaarung eingesetzt wird, eine bestimmte Andrückkraft
erzielt werden, so muss lediglich in der Federkennlinie nachgeschaut
werden, welcher zugehörige Achsabstand an der Walzenpaarung eingestellt
werden muss, um ebendiese Andrückkraft zu erhalten.
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Die
Einbettung von Drucksensoren in eine der Walzen ist bei der erfindungsgemäßen
Lösung nicht erforderlich. Deshalb kann auf gängige
Standardwalzen zurückgegriffen werden, die erheblich weniger
kostspielig sind. Auch das gelegentliche Abschleifen der Walzen
kann problemlos durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr
besteht, in die Walzen eingebettete Sensoren durch dieses Abschleifen
zu beschädigen.
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Wenn
hier davon die Rede ist, dass die Abstand-Kraft-Charakteristik für
verschiedene Werte der Andrückkraft verschiedene Werte
des Achsabstands bereitstellt, so versteht es sich, dass der Begriff
Achsabstand hier nur stellvertretend für jede beliebige
Größe steht, die für den gegenseitigen
Achsabstand der beiden Walzen repräsentativ ist. Beispielsweise
kann die Abstand-Kraft-Charakteristik statt unmittelbar des Achsabstands
eine Positionsangabe für eine den Achsabstand der Walzen
beeinflussende verstellbare Komponente bereitstellen.
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Es
ist grundsätzlich nicht ausgeschlossen, die Abstand-Kraft-Charakteristik
theoretisch herzuleiten und formelmäßig darzustellen.
In der Regel wird es jedoch einfacher sein, zur Ermittlung der Abstand-Kraft-Charakteristik
Messungen in einer Kalibrierungsphase der Einrichtung durchzuführen.
Diese Messungen können insbesondere bei rotierenden Walzen
durchgeführt werden, da sich gezeigt hat, dass die bei
Rotation in dem elastischen Walzenbezug auftretenden Walkvorgänge
die Federkennlinie der Walzenpaarung beeinflussen können.
Deshalb empfiehlt es sich, die Abstand-Kraft-Charakteristik unter
Bedingungen zu ermitteln, die den Bedingungen im Arbeitsbetrieb
der Maschine zumindest nahekommen.
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Zweckmäßigerweise
wird man zur Ermittlung der Abstand-Kraft-Charakteristik mindestens
zwei Wertepaare von Achsabstand und Andrückkraft für unterschiedliche
Werte der Andrückkraft ermitteln. Günstig ist
es, wenn messtechnisch ein Nullpunkt und ein Endpunkt der Federkennlinie
der Walzenpaarung gewonnen werden. Zur Nullpunktbestimmung kann
eines der Wertepaare für eine Annäherungsstellung
der Walzen ermittelt werden, bei der die Walzen im Wesentlichen
bis zur Herstellung gegenseitigen Kontakts aneinander angenähert
sind, jedoch im Wesentlichen keine Andrückkraft zwischen
den Walzen übertragen wird. Die Endpunktbestimmung kann dadurch
erfolgen, dass eines der Wertepaare für eine zwischen den
Walzen übertragene Andrückkraft ermittelt wird,
die zumindest näherungsweise einer maximalen Andrückkraft
entspricht, für die die Einrichtung ausgelegt ist.
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Es
ist grundsätzlich denkbar, die Federkennlinie im Wesentlichen
vollständig aufzunehmen. Aufwandsparend ist es jedoch,
wenn nur einige Punkte der Federkennlinie ermittelt werden und sie
zwischen diesen Punkten interpoliert wird. In guter Näherung kann
oftmals davon ausgegangen werden, dass die Walzenpaarung ein lineares
Federverhalten zeigt. Sehr einfach kann die Federkennlinie dann
durch lineare Interpolation ermittelt werden.
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Wie
bereits eingangs erläutert, wird gelegentlich eine Nachbearbeitung
des Walzenbezugs erforderlich sein, um die Walzenoberfläche
wieder vollständig zu glätten und von Fehlstellen
zu befreien. Hierzu wird der Walzenbezug abgeschliffen, bis die
Walzenoberfläche wieder einwandfrei ist. Für den abgeschliffenen
Walzenbezug kann freilich die alte Federkennlinie nicht mehr gültig
sein. Es empfiehlt sich deshalb, nach Abschleifen des Walzenbezugs die
Abstand-Kraft-Charakteristik erneut zu ermitteln.
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Es
ist denkbar, den aus der Federkennlinie ermittelten Soll-Wert des
Achsabstands im Sinne einer Steuerung einmal einzustellen, beispielsweise mittels
eines Weg-gesteuerten Stellglieds, seine Einhaltung jedoch im Arbeitsbetrieb
der Einrichtung nicht weiter zu überprüfen. Dann
bleiben allerdings statische oder dynamische Abstandsschwankungen der
Achsen der Walzen unerkannt, die im Arbeitsbetrieb der Maschine
beispielsweise durch Wärmeverformung, Verspannungen oder
Kontaktschwingungen hervorgerufen werden können. Um auch
solche Einflüsse berücksichtigen zu können,
kann eine Regelung etabliert werden, bei der im Arbeitsbetrieb der Einrichtung
der tatsächliche Achsabstand der Walzen sensorisch erfasst
und auf den Soll-Wert des Achsabstands eingeregelt wird.
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Häufig
wird der Achsabstand der Walzen im Bereich beider axialer Enden
der Walzenpaarung unabhängig voneinander einstellbar sein.
Wenngleich dies die Möglichkeit eröffnet, eine
sich in axialer Richtung linear ändernde Linienpressung
zwischen den Walzen einzustellen, wird es für die meisten
Anwendungsfälle erwünscht sein, die Achsabstände
in den beiden axialen Endbereichen der Walzenpaarung derart einzustellen,
dass über die axiale Erstreckung der Walzenpaarung eine
im Wesentlichen konstante Linienpressung zwischen den Walzen resultiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die Erfindung
auf eine Maschine zur Beschichtung einer Papier- oder Kartonbahn
durchgeführt, wobei die Papier- oder Kartonbahn zwischen den
Walzen hindurchgeführt wird und mindestens eine der Walzen
zum Transfer eines flüssigen bis pastösen Auftragsmediums
auf die Papier- oder Kartonbahn dient.
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Die
Erfindung betrifft gemäß Vorstehendem speziell
eine Anordnung zum gegenseitigen Andrücken zweier achsparalleler
Walzen in einer Einrichtung zur Herstellung oder/und Behandlung
einer laufenden Materialbahn, wobei mindestens eine der Walzen einen
radial elastischen Walzenbezug aufweist, umfassend Stellmittel,
mittels welcher die beiden Walzen längs eines Annäherungswegs
aneinander annäherbar und in einen Annäherungszustand einstellbar
sind, in welchem eine Andruckkraft zwischen den Walzen übertragen
wird. Diese Anordnung soll sich insbesondere zur Anwendung der Erfindung
eignen. Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung
eine Speichereinheit zur Speicherung einer vorab ermittelten Abstand-Kraft-Charakteristik
für die Walzenpaarung, welche einen Zusammenhang zwischen
dem gegenseitigen Achsabstand der beiden Walzen und der zwischen
den Walzen übertragenen Andrückkraft repräsentiert,
und eine mit der Speichereinheit verbundene und die Stellmittel
steuernde Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, zur Erzielung
einer gewünschten Andrückkraft der Walzen aus der
Abstand-Kraft-Charakteristik einen zugehörigen Soll-Wert
des Achsabstands zu ermitteln und die Einstellung dieses Soll-Werts
an der Walzenpaarung zu bewirken. Hinsichtlich der Vorteile der
erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorstehende
Diskussion der Erfindung und möglicher Weiterbildungen verwiesen.
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Die
Anordnung kann Sensormittel zur Erfassung des tatsächlichen
Achsabstands der Walzen umfassen, wobei die Steuereinheit auf die
Sensormittel anspricht und zur geregelten Aufrechterhaltung des
Soll-Werts des Achsabstands ausgebildet ist.
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Der
Achsabstand der Walzen kann im Bereich beider axialer Enden der
Walzenpaarung unabhängig voneinander einstellbar sein.
Die Steuereinheit ist dann vorzugsweise zur derartigen Einstellung der
Achsabstände in den beiden axialen Endbereichen der Walzenpaarung
ausgebildet, dass über die axiale Erstreckung der Walzenpaarung
eine im Wesentlichen konstante Linienpressung zwischen den Walzen
resultiert.
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Eine
der ersten Walzen kann an einem gegenüber der zweiten Walze
längs des Annäherungswegs verlagerbaren Walzenträger
gehalten sein. Die Stellmittel können dann an dem Walzenträger
angreifende Krafterzeugungsmittel zur Einleitung einer die Andrückkraft
erzeugenden Kraft in den Walzenträger umfassen.
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Die
durch die Krafterzeugungsmittel zur Verfügung gestellte
Kraft kann im Wesentlichen vollständig zur Erzeugung der
Andrückkraft dienen. Die zur Verfügung gestellte
Kraft wird dabei im Wesentlichen auf einem einzigen Kraftübertragungsweg übertragen,
der über die beiden Walzen verläuft. Alternativ kann
die durch die Krafterzeugungsmittel zur Verfügung gestellte
Kraft auch verzweigt sein, und zwar auf einen ersten, die Andrückkraft zwischen
den beiden Walzen übertragenden Kraftübertragungsweg und
mindestens einen zweiten Kraftübertragungsweg. Bei dieser
Ausbildung wird ein Teil der durch die Krafterzeugungsmittel zur
Verfügung gestellten Kraft auf dem ersten Kraftübertragungsweg über
die Walzenpaarung übertragen und ein anderer Teil dieser Kraft
auf dem mindestens einen zweiten Kraftübertragungsweg übertragen.
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Wenn
die durch die Krafterzeugungsmittel zur Verfügung gestellte
Kraft im Wesentlichen vollständig auf einem einzigen, über
die beiden Walzen verlaufenden Kraftübertragungsweg übertragen
wird, kann eine Veränderung des Achsabstands der beiden
Walzen und damit eine Veränderung der zwischen den beiden
Walzen wirksamen Andrückkraft durch entsprechende Ansteuerung
der Krafterzeugungsmittel herbeigeführt werden. Falls mehrere
parallele Kraftübertragungswege vorgesehen sind, auf die
sich die von den Krafterzeugungsmitteln zur Verfügung gestellte
Kraft aufteilt, besteht eine vorteilhafte Möglichkeit zur
Beeinflussung der Andrückkraft zwischen den Walzen darin,
dass das Verhältnis zwischen der auf dem ersten Kraftübertragungsweg übertragenen
Kraft und der auf dem mindestens einen zweiten Kraftübertragungsweg übertragenen Kraft
veränderbar ist. Dies kann beispielsweise durch Anschlagmittel
realisiert werden, welche in dem mindestens einen zweiten Kraftübertragungsweg
angeordnet sind und zur Veränderung des Verhältnisses der
in den verschiedenen Kraftübertragungswegen übertragenen
Kräfte verstellbar sind. Die Stellung der Anschlagmittel
dient dann als Größe, welche für den gegenseitigen
Achsabstand der Walzen repräsentativ ist. Es muss hierzu
lediglich ermittelt werden, welche Stellung der Anschlagmittel welchem
Wert des Achsabstands der Walzen entspricht. Ist dieser Zusammenhang
bekannt, müssen zur Erzielung einer gewünschten
Andrückkraft zwischen den Walzen lediglich die Anschlagmittel
in die entsprechende Stellung gebracht werden.
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Die
Anschlagmittel können mindestens einen zur gemeinsamen
Bewegung mit der ersten Walze längs deren Annäherungswegs
an die zweite Walze angeordneten Anschlag sowie mindestens einen gegenüber
der Achse der zweiten Walze ortsfest angeordneten Gegenanschlag
umfassen. Um die Kraftverhältnisse zwischen den verschiedenen
Kraftübertragungswegen zu beeinflussen, kann dann mindestens
eine der Komponenten: Anschlag und Gegenanschlag verstellbar sein.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung ist bevorzugt zum Einsatz
in einer Maschine zur Beschichtung einer Papier- oder Kartonbahn
bestimmt. Die Papier- oder Kartonbahn wird dabei vorzugsweise zwischen den
Walzen hindurchgeführt, wobei mindestens eine der Walzen
zum Transfer eines flüssigen bis pastösen Auftragsmediums
auf die Papier- oder Kartonbahn dient.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der einzigen beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Diese zeigt schematisch ein Streichwerk, welches dem beidseitigen
indirekten Auftrag eines flüssigen oder pastösen
Auftragsmediums, beispielsweise einer Streichfarbe, auf eine laufende
Materialbahn 10 aus Papier oder Karton dient. Die Materialbahn 10 bewegt
sich durch einen in der Fachsprache Nip bezeichneten Auftragsspalt 12 hindurch,
welcher zwischen zwei benachbart angeordneten Auftragswalzen 14, 16 gebildet
ist. Die Walzen 14, 16 sind mit ihren Achsen 18, 20 parallel
zueinander angeordnet. Eine der Walzen – hier die Walze 16 – dient
als sog. feste Walze, während die andere Walze – hier
die Walze 14 – als sog. bewegte Walze dient. Dies
bedeutet, dass die Walze 16 drehbar, jedoch im Übrigen
lagefest angeordnet ist, während die bewegte Walze 14 an
die feste Walze 16 annäherbar und von dieser entfernbar
ist. Hierzu ist die feste Walze 16 an einem Maschinenständer 22 gelagert,
an dem ein die bewegte Walze 14 tragender Lagerhebel 24 schwenkbar
angebracht ist. Zur Verschwenkung des Lagerhebels 24 und
damit zur Annäherung der bewegten Walze 14 an
die feste Walze 16 dient eine Schwenkantriebsanordnung 26,
welche vorzugsweise von je einem hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat
im Bereich beider axialer Enden der Walzenpaarung 14, 16 gebildet
ist.
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Jede
der Walzen 14, 16 besitzt bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel einen elastischen Walzenbezug 28 bzw. 30,
der beispielsweise aus einem Gummi- oder Kunststoffmaterial besteht.
Im Rahmen der Erfindung genügt es freilich, wenn nur eine
der Walzen 14, 16 einen elastischen Bezug aufweist.
Die andere der Walzen kann dann beispielsweise einen Stahl- oder
Chrommantel tragen.
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Die
Streichfarbe, mit der die Materialbahn 10 zu beschichten
ist, wird zunächst in nicht näher dargestellter,
jedoch an sich bekannter Weise auf die Walzen 14, 16 aufgebracht,
die ihrerseits die Streichfarbe auf die Materialbahn 10 transferieren.
Rakelwerke 32, 34 dienen zur Dosierung und Vergleichmäßigung
der auf die Walzen 14, 16 aufgebrachten Streichfarbe.
Das Rakelwerk 32 weist einen Rakelbalken 36 auf,
in dem ein Rakelstab 38 drehbar gehalten ist. Der Rakelbalken 36 ist
seinerseits an einem Schwenkarm 40 angebracht, welcher
schwenkbar mit dem Lagerhebel 24 verbunden ist. Mittels
einer weiteren, sich zwischen dem Lagerhebel 24 und dem
Schwenkarm 40 abstützenden Schwenkantriebsanordnung 42 kann
der Schwenkarm 40 an die bewegte Walze 14 angenähert
und so der Rakelstab 38 gegen die Oberfläche der
Walze 14 gedrückt werden. In analoger Weise weist
das Rakelwerk 34 einen Rakelbalken 44, einen Rakelstab 46 sowie
einen an dem Maschinenständer 22 schwenkbar angebrachten
Schwenkarm 48 auf, welcher mittels einer zwischen dem Maschinenständer 22 und
dem Schwenkarm 48 abgestützten Schwenkantriebsanordnung 50 an
die feste Walze 16 annäherbar ist. Die Schwenkantriebsanordnungen 42, 50 sind
vorzugsweise jeweils von mindestens einem hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregat
gebildet.
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Menge
und Dicke der auf die Materialbahn 10 aufgetragenen Farbe
werden durch die im Auftragsspalt 12 herrschende Niplast
beeinflusst, also die Andruckkraft, die zwischen den Walzen 14, 16 übertragen
wird. Bei gegenseitigem Andrücken der Walzen 14, 16 werden
deren Bezüge 28, 30 im Bereich des Auftragsspalts 12 komprimiert
und abgeplattet, womit eine Verringerung des Abstands zwischen den
Achsen 18, 20 der Walzen 14, 16 einhergeht.
Im elastischen Bereich dieser Komprimierung der Bezüge
ist der gegenseitige Achsabstand, der in der Figur mit e bezeichnet
ist, ein Maß für die übertragene Andrückkraft
und damit die Niplast im Auftragsspalt 12. Dieses einer
Feder entsprechende Verhalten der Walzenpaarung 14, 16 wird
bei dem dargestellten Streichwerk dazu benutzt, um im Streichbetrieb
eine bestimmte gewünschte Niplast einzustellen. Hierzu
wird in einer vorab ermittelten Federkennlinie, welche die Abhängigkeit
des Achsabstands e von der übertragenen Andrückkraft
angibt, nachgeschaut, welcher Achsabstand konkret eingestellt werden
muss, um diese gewünschte Andrückkraft zu erhalten.
Die Federkennlinie ist datentechnisch in einem elektronischen Speicher 52 niedergelegt,
auf dessen Speicherinhalt eine mikroprozessorgestützte
elektronische Steuereinheit 54 zugreift. Die datentechnische
Repräsentation der Federkennlinie im Speicher 52 kann
eine formelmäßige sein. Häufig wird die
Federkennlinie jedoch tabellarisch in Form einer Vielzahl von Wertepaaren
abgespeichert sein, wobei jedes dieser Wertepaare für einen
Wert der Andrückkraft einen zugehörigen Wert des
Achsabstands e bzw. einer für den Achsabstand e repräsentativen
Größe enthält.
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Zur
Einstellung des Achsabstands e dient bei dem Ausführungsbeispiel
ein von der Steuereinheit 54 gesteuertes Positionierglied 56,
das vorzugsweise als elektromotorisch angetriebenes Spindelhubglied ausgeführt
ist. Das Positionierglied 56 dient zur Verstellung eines
relativ zu dem Maschinenständer 22 stationär
angeordneten ersten Anschlagkörpers 58, welcher
zur Zusammenwirkung mit einem fest an dem Lagerhebel 24 angeordneten
zweiten Anschlagkörper 60 bestimmt ist. Im Arbeitsbetrieb
des Streichwerks wird der Lagerhebel 24 mittels der Schwenkantriebsanordnung 26 in
Richtung zur festen Walze 16 hin verschwenkt, bis die beiden
Anschlagkörper 58, 60 aneinander anschlagen.
Der Achsabstand e der Walzen 14, 16 hängt
in dieser Arbeitsstellung von der Position des ersten Anschlagkörpers 58 ab. Durch
Verstellung des ersten Anschlagkörpers 58 kann
somit der Achsabstand e verändert werden. Im Arbeitsbetrieb
des Streichwerks steuert die Steuereinheit 54 das Positionierglied 56 nach
Maßgabe der aus der Federkennlinie gewonnenen Informationen so,
dass sich derjenige Wert des Achsabstands e einstellt, der einer
gewünschten Niplast entspricht. Diese gewünschte
Niplast wird der Steuereinheit 54 beispielsweise über
ein nicht näher dargestelltes Bedienpult von einer Bedienungsperson
mitgeteilt.
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Die
Ermittlung der Federkennlinie erfolgt in einer dem eigentlichen
Arbeitsbetrieb des Streichwerks vorhergehenden Kalibrierungsphase.
Dabei kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden: Zunächst
wird ein Nullpunkt der Federkennlinie bestimmt. Hierzu wird der
erste Anschlagkörper 58 mittels des Positionierglieds 56 in
der Figur nach links zurückgefahren. Dann wird der Lagerhebel 24 mittels der
Schwenkantriebsanordnung 26 in Richtung zur festen Walze 16 hin
verschwenkt, bis sich die Walzen 14, 16 im Wesentlichen
kraftübertragungsfrei, also ohne Erzeugung einer Niplast
berühren. Dieser Zustand kann beispielsweise von einer
Bedienungsperson mittels eines Papierstreifens festgestellt werden, den
sie in den Auftragsspalt 12 hält. Bei stillstehenden
Walzen 14, 16 ist der gesuchte Zustand dann erreicht,
wenn sich der Papierstreifen gerade noch durch den Auftragsspalt 12 hindurchziehen
lässt. Bei rotierenden Walzen kann das Erreichen des gesuchten
Zustands dadurch erkannt werden, dass die Walzen 14, 16 beginnen,
an dem Papierstreifen zu zupfen. Sobald der gesuchte Zustand erreicht
ist, wird der erste Anschlagkörper 58 mittels
des Positionierglieds 56 wieder vorgefahren, bis er in
Kontakt mit dem zweiten Anschlagkörper 60 gelangt.
Die Kontaktherstellung wird mittels eines Sensors 62 detektiert,
der beispielsweise ein Berührungssensor sein kann, aber
auch ein Kraftaufnehmer. Diese Position des ersten Anschlagkörpers 58 wird
sodann durch die Steuereinheit 54 gespeichert. Sie repräsentiert
einen Wert des Achsabstands e, bei dem im Wesentlichen keine Andruckkraft
zwischen den Walzen 14, 16 übertragen
wird, also den Nullpunkt der Federkennlinie.
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Nach
Ermittlung des Kennlinien-Nullpunkts muss mindestens ein weiterer
Kennlinienpunkt bei einer definierten Niplast aufgenommen werden.
Dies kann beispielsweise der Endpunkt der Federkennlinie sein, bei
dem eine maximale Niplast herrscht, für die das Streichwerk
bestimmt und ausgelegt ist. Zur Ermittlung dieses weiteren Kennlinienpunkts
wird erneut der erste Anschlagkörper 58 mittels
des Positionierglieds 56 zurückgefahren, bis er
außer Reichweite des zweiten Anschlagkörpers 60 ist.
Sodann wird durch Aktivierung der Schwenkantriebsanordnung 26 eine
solche Kraft in den Lagerhebel 24 eingeleitet, dass die
Walze 14 unter Erzeugung einer Niplast gegen die Walze 16 gedrückt
wird. Durch theoretische Überlegungen unter Berücksichtigung
der geometrischen Verhältnisse des Streichwerks kann aus
der von der Schwenkantriebsanordnung 26 zur Verfügung
gestellten Kraft ohne Weiteres die im Auftragsspalt 12 herrschende
Linienlast errechnet werden, jedenfalls solange die Anschlagkörper 58, 60 außer Kontakt
sind und zwischen ihnen keine Kraft übertragen wird. Nachdem
mittels der Schwenkantriebsanordnung 26 eine definierte
Niplast erzeugt ist, wird nun der erste Anschlagkörper 58 mittels
des Positionierglieds 56 wieder zum zweiten Anschlagkörper 60 hin
bewegt, bis er in Kontakt mit letzterem gelangt. Die Kontaktherstellung
wird wiederum durch den Sensor 62 detektiert. Die Position,
die der erste Anschlagkörper 58 im Moment der
Kontaktherstellung einnimmt, ist eine andere als bei der Nullpunktbestimmung
der Federkennlinie. Infolge der gegenseitigen Anpressung der Walzen 14, 16 sind
die Walzenbezüge 28, 30 nämlich
im Bereich des Auftragsspalts 12 etwas abgeplattet, wodurch
die Walzen 14, 16 im Vergleich zum Nullpunkt der
Federkennlinie etwas näher aufeinander zu gewandert sind.
Dies bedeutet, dass der Achsabstand e der Walzen 14, 16 nunmehr etwas
geringer als im Kennlinien-Nullpunkt ist. Auch diese Position des
ersten Anschlagkörpers 58 wird durch die Steuereinheit 54 gespeichert,
und zwar in Verbindung mit der zugehörigen Niplast.
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Es
stehen nun zwei Kennlinienpunkte zur Verfügung, anhand
derer die Steuereinheit 54 die gesamte Kennlinie gewünschtenfalls
schrittweise interpolieren kann. Selbstverständlich können
auch mehr als zwei Kennlinienpunkte in der Kalibrierungsphase aufgenommen
werden. Insbesondere kann annähernd die gesamte Federkennlinie
messtechnisch aufgenommen werden. Ebenso versteht es sich, dass
statt des Null- und des Endpunkts der Federkennlinie zwei beliebige
andere, dazwischen liegende Kennlinien punkte aufgenommen und zur
Grundlage einer nachfolgenden Kennlinieninterpolation gemacht werden
können.
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Im
Arbeitsbetrieb des Streichwerks wird von der Schwenkantriebsanordnung 26 vorzugsweise stets
eine solche Kraft zur Verfügung gestellt, dass dann, wenn
der erste Anschlagkörper 58 außer Kontakt
mit dem zweiten Anschlagkörper 60 ist und folglich
keine Kraft über die Anschlagkörper 58, 60 übertragen
wird, die Niplast maximal und folglich der Achsabstand e minimal
ist. Soll eine geringere Niplast eingestellt werden, so bewirkt
die Steuereinheit 54 auf Grundlage der im Speicher 52 gespeicherten Kennliniendaten
eine Verstellung des ersten Anschlagkörpers 58 um
ein entsprechendes Maß in Richtung zum zweiten Anschlagkörper 60.
Hierdurch vergrößert sich der Achsabstand e zwischen
den Walzen 14, 16, so dass die Abplattung der
Walzenbezüge 28, 30 im Auftragsspalt 12 geringer
wird und die Niplast entsprechend abnimmt. Da die von der Schwenkantriebsanordnung 26 zur
Verfügung gestellte Kraft unverändert bleibt,
wird der Differenzanteil zwischen dieser zur Verfügung
gestellten Kraft und der über die Walzen 14, 16 übertragenen
Kraft über die beiden Anschlagkörper 58, 60 übertragen. Die
insgesamt zur Verfügung gestellte Kraft verzweigt sich
also in einen ersten Kraftübertragungsweg, der über
die Walzen 14, 16 führt, und einen zweiten
Kraftübertragungsweg, der über die Anschlagkörper 58, 60 führt.
Je weiter der erste Anschlagkörper 58 in der Figur
nach rechts vorbewegt wird, desto größer ist der über
die Anschlagkörper 58, 60 übertragene
Anteil an der insgesamt zur Verfügung gestellten Kraft.
Entsprechend geringer wird die Niplast im Auftragsspalt 12.
Eine gewünschte Niplast kann demnach in einfacher Weise
durch entsprechende Justierung des ersten Anschlagkörpers 58 erhalten
werden.
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Thermische
Einflüsse, mechanische Verspannungen sowie Kontaktschwingungen
können dazu führen, dass sich der Achsabstand
e im Arbeitsbetrieb des Streichwerks ändert. Um solche
Abstandsschwankungen zu erkennen, kann ein Abstandssensor 64 vorgesehen
sein, dessen Sensorsignale von der Steuereinheit 54 ausgewertet
und bei Bedarf in entsprechende Korrek tursignale an das Positionierglied 56 umgesetzt
werden. Auf diese Weise kann eine Regelschleife eingerichtet werden,
die den Achsabstand e konstant auf einem gewünschten Wert
hält. Der Abstandssensor 64 kann beispielsweise
ein optischer Sensor sein. Selbstverständlich sind auch
andere Sensorprinzipien denkbar.
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Falls
der Sensor 62 eine Erfassung der über die Anschlagkörper 58, 60 übertragenen
Kraft erlaubt, kann statt einer Abstandsregelung auch unmittelbar
eine Kraftregelung eingerichtet werden. Da die über die
Anschlagkörper 58, 60 übertragene
Kraft bei Kenntnis der von der Schwenkantriebsanordnung 26 insgesamt
zur Verfügung gestellten Kraft unmittelbar auf die Niplast
im Auftragsspalt 12 zurückschließen lässt,
können auch die Sensorsignale des Sensors 62 zur
Regelung der Position des ersten Anschlagkörpers 58 verwendet
werden.
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Die
Baugruppe aus Positionierglied 56 und Anschlagkörpern 58, 60 wird
zweckmäßigerweise auf beiden axialen Seiten der
Walzenpaarung 14, 16 vorgesehen sein, wobei jedes
Positionierglied 56 vorzugsweise unabhängig steuerbar
ist. Auf diese Weise kann der Achsabstand e auf beiden axialen Seiten unabhängig
voneinander eingestellt werden. Dies ermöglicht es, eine
sich in axialer Richtung ändernde Linienlast im Auftragsspalt 12 einzustellen,
wenngleich in vielen Anwendungsfällen eine konstante Linienlast
erwünscht sein wird. Zugleich ermöglicht dies,
im Betrieb auftretende Schwankungen des Achsabstands e, die möglicherweise
nur lokal auf einer axialen Seite auftreten, individuell auszuregeln.
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Es
wird nun eine alternative Vorgehensweise zur Ermittlung der Federkennlinie
beschrieben. Dabei wird zunächst nur eine axiale Seite
des Streichwerks betrachtet, wenngleich der nachfolgende Prozess
selbstverständlich auf beiden axialen Seiten durchgeführt
wird. Diese alternative Vorgehensweise beginnt damit, dass auf der
betrachteten axialen Seite des Streichwerks der dortige erste Anschlagkörper 58 mittels
des zugeordneten Positionierglieds 56 in eine vordere,
voll ausgefahrene Endlage gebracht wird.
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Sodann
wird die Walze 14 zur Walze 16 hin verschwenkt,
bis der zweite Anschlagkörper 60 an dem ersten
Anschlagkörper 58 anschlägt. Die vordere
Endlage des ersten Anschlagkörpers 58 ist dabei derart,
dass die Walzen 14, 16 sich einander nicht berühren,
wenn die beiden Anschlagkörper 58, 60 in
gegenseitigem Anschlag sind. Die Schwenkantriebsanordnung 26 wird
so angesteuert, dass die von ihr auf den Lagerhebel 24 ausgeübte
Kraft maximal ist. Unter maximaler Kraft wird dabei diejenige Kraft
verstanden, die die maximale Niplast zur Folge hätte, wenn
die Kraft allein über die Walzenpaare 14, 16 übertragen
würde. Da jedoch bei voll ausgefahrenem ersten Anschlagkörper 58 der über
die Walzen 14, 16 führende Kraftübertragungsweg
offen ist, wird die von der Schwenkantriebsanordnung 26 zur
Verfügung gestellte Kraft allein über die Anschlagkörper 58, 60 übertragen.
Der in diesem Kraftübertragungsweg angeordnete Sensor 62 ist
bei der hier beschriebenen alternativen Vorgehensweise als Kraftsensor ausgeführt.
Der Kraftwert, den er bei voll ausgefahrenem ersten Anschlagkörper 58 und
maximaler Kraft der Schwenkantriebsanordnung 26 detektiert,
wird durch die Steuereinheit 54 gespeichert.
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Die
Walze 14 wird nun wieder zurückgefahren, und durch
Betätigung des Positionierglieds 56 wird der erste
Anschlagkörper in eine hintere, voll zurückgefahrene
Endlage gebracht. Anschließend wird die Walze 14 wieder
mit maximaler Kraft der Schwenkantriebsanordnung 26 zur
Walze 16 hin verschwenkt. Die hintere Endlage des ersten
Anschlagkörpers 58 ist so eingestellt, dass der
zweite Anschlagkörper 60 dabei nicht gegen den
ersten Anschlagkörper 58 stößt.
Im Auftragsspalt 12 herrscht deshalb maximale Niplast.
Nun wird mittels des Positionierglieds 56 der erste Anschlagkörper 58 vorgefahren,
bis er in Kontakt mit dem zweiten Anschlagkörper 60 gelangt.
Die Kontaktherstellung zwischen den beiden Anschlagkörpern 58, 60 wird
aus dem Signal des Kraftsensors 62 festgestellt, beispielsweise dann,
wenn die Steuereinheit 54 eine Änderung der gemessenen
Kraft um eine vorbestimmten Wert feststellt. Die so erreichte Position
des ersten Anschlagkörpers 58 wird gespeichert;
sie stellt den Endpunkt der Federkennlinie dar, bei dem maximale
Niplast im Auftragsspalt 12 herrscht.
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Durch
Betätigung des Positionierglieds 56 wird daraufhin
der erste Anschlagkörper 58 weiter ausgefahren.
Dabei nimmt die über die Anschlagkörper 58, 60 übertragene
Kraft zu. Wenn der erste Anschlagkörper 58 so
weit ausgefahren ist, dass der Kraftsensor 62 den zu Beginn
gespeicherten Kraftwert anzeigt, wird das Positionierglied 56 gestoppt und
die Stellung des ersten Anschlagkörpers 58 gespeichert.
Sie entspricht dem Nullpunkt der Federkennlinie. Aus den so ermittelten
Null- und Endpunkten der Federkennlinie können dann durch
lineare Interpolation schrittweise mehrere Kennlinien-Zwischenpunkte
berechnet werden.
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Die
vorstehend beschriebene alternative Vorgehensweise zur Ermittlung
der Federkennlinie hat den Vorteil, dass an der Schwenkantriebsanordnung 26 keine
unterschiedlichen Kräfte eingestellt werden müssen,
sondern dass es genügt, lediglich die Maximalkraft an der
Schwenkantriebsanordnung 26 einzustellen, um sowohl den
Kennlinien-Nullpunkt als auch den Kennlinien-Endpunkt zu ermitteln.
Außerdem ist der zeitliche Aufwand für die Kalibrierung des
Streichwerks geringer, da nur eine Umkehr der Verfahrrichtung des
Positionierglieds 56 erforderlich ist.
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Äußere
Kräfte (z. B. Gewichtskräfte verschiedener Komponenten
des Streichwerks, wie etwa einer Farbzuleitung) können
zu einer Schrägstellung der Walzen 14, 16 relativ
zueinander führen, zu deren Kompensierung es erforderlich
ist, dass die Schwenkantriebsanordnung 26 auf den beiden
axialen Seiten des Streichwerks unterschiedliche Kräfte auf
den Lagerhebel 24 ausübt. Um solche äußeren Einflüsse
bereits bei der Kalibrierung zu berücksichtigen, kann die
vorstehend beschriebene alternative Vorgehensweise zur Ermittlung
der Federkennlinie in folgender Weise abgewandelt werden. Zu Beginn des
Kalibrierungsprozesses werden die beiden ersten Anschlagkörper 58 auf
beiden axialen Seiten des Streichwerks in ihre vordere Endlage gefahren,
und die Schwenkantriebsanordnung 26 wird so angesteuert,
dass sie auf beiden axialen Seiten des Streichwerks die gleiche
maximale Kraft bereitstellt. Sodann wird auf jeder axialen Seite
mittels des jeweiligen Kraftsensors 62 gemessen, welche
Kraft für das jeweilige Paar von erstem und zweiten Anschlagkörper 58, 60 übertragen
wird. Ist die erste Walze 14 exakt achsparallel zur zweiten
Walze 16 ausgerichtet, so sind diese Kraftwerte gleich.
Liegt dagegen eine Schrägstellung der ersten Walze 14 relativ
zur zweiten Walze 16 vor, so ergeben sich unterschiedliche Kraftwerte.
Die beiden so ermittelten Kraftwerte werden durch die Steuereinheit 54 gespeichert.
Sodann werden – wie zuvor – die ersten Anschlagkörper 58 in ihre
hintere Endlage bewegt und aus dieser hinteren Endlage bis zur Kontaktherstellung
mit dem jeweils zugehörigen zweiten Anschlagkörper 60 wieder
ausgefahren. Anschließend wird der erste Anschlagkörper 58 auf
derjenigen axialen Seite, auf der anfangs der größere
Kraftwert gemessen wurde, so lange in Richtung auf seine vordere
Endlage ausgefahren, bis sich zwischen den von den Kraftsensoren 62 gemessenen
Kraftwerten eine Differenz einstellt, die gleich der Differenz zwischen
den anfänglich gemessenen und gespeicherten Kraftwerten
ist. Sobald dieser Zustand erreicht ist, ist die ungleichmäßige
gegenseitige Anpressung der Walzen 14, 16, die
durch die ursprüngliche Kraftdifferenz hervorgerufen wurde,
ausgeglichen. Es wird nun die Stellung jedes der ersten Anschlagkörper 58 gespeichert;
sie entspricht der maximalen Niplast.
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Sodann
werden beide ersten Anschlagkörper 58 gemeinsam
in Richtung zu ihrer vorderen Endlage bewegt, bis die Kraftsensoren 62 den
für die jeweilige axiale Seite ursprünglich gespeicherten
Kraftwert anzeigen. Die beiden Positionierglieder 56 werden
dann gleichzeitig gestoppt und ihre Stellung bzw. diejenige der
ersten Anschlagkörper 58 als Null-Niplast, d.
h. als Kennlinien-Nullpunkt definiert und gespeichert.
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Im
vorliegenden Beispielfall wurde davon ausgegangen, dass die Schwenkantriebsanordnung 26 kraftgesteuert
ist. Wenn jedoch eine Weg-gesteuerte Ausführungsform der
Schwenkantriebsanordnung 26 gewählt wird, beispielsweise
unter Verwendung eines Spindelantriebs, so kann auf die Anschlagkörper 58, 60 und
das Positionierglied 56 verzichtet werden und ein gewünschter
Achsabstand e stattdessen unmittelbar mit Hilfe der Schwenkantriebsanordnung 26 eingestellt
werden. In diesem Fall wäre nur ein Kraftübertragungsweg
vorhanden, der über die Walzen 14, 16 führt.
Demgegenüber hat die Vorsehung mindestens eines weiteren
Kraftübertragungswegs, wie er im dargestellten Ausführungsbeispiel
durch das Positionierglied 56 und die Anschlagkörper 58, 60 gebildet
wird, den Vorteil, dass das Streichwerk insgesamt steifer und damit
weniger anfällig gegen Schwingungen gemacht werden kann.
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Zusammenfassend
ermöglicht die Erfindung eine sehr präzise Einstellung
einer gewünschten Niplast, insbesondere auch dann, wenn
diese vergleichsweise gering ist. Durch die hohe Präzision
der Niplasteinstellung lässt sich unabhängig vom
Walzendurchmesser, von der Walzenbezugdicke, von der Walzenhärte
und von eventuellen Verspannungen ein qualitativ hochwertiges Streichergebnis
erzielen, wobei die hohe Präzision der Niplasteinstellung
dazu beiträgt, Kontaktschwingungen zwischen den Walzen
gering zu halten. Die Möglichkeit, auch sehr niedrige Niplasten
präzise einzustellen, hilft darüber hinaus, das
sogenannte "Misting" zu verringern, das ein nebelartiges Sprühen
der Streichfarbe am Auslauf des Auftragsspalts bezeichnet und das
Streichergebnis beeinträchtigen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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