CH674478A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der 50 Pressrichtung wirkenden positiven Stützelemente mit den Steu-Presskraft einer Durchbiegungseinstellwalze mit einem um einen erventilen für die in Gegenrichtung wirkenden negativen Stützfeststehenden Träger rotierbaren und gegen diesen in mehreren elemente bezüglich der Umschaltzeitpunkte genau aufeinander in Achsenrichtung nebeneinander vorgesehenen Zonen mittels abgestimmt sein müssen, um eine Überdeckung, oder eine Lücke hydraulischer Stützelemente in einer vorgegebenen Pressrich- zu vermeiden. Dies erfordert einen erheblichen technischen tung und mit bestimmter Zonenpresskraft abgestützten Walzen- 55 Aufwand. Bei getrennten Steuerventilen kann es zudem bei mantel, wobei in wenigstens einer Zone zusätzlich entgegenge- fehlerhafter Funktion oder Ansteuerung vorkommen, dass beide setzt zur Pressrichtung wirkende hydraulische Stützelemente Ventile Druck enthalten, wodurch gewisse Komponenten, wie vorgesehen sind, wobei die Zonenpresskraft der Stützelemente z. B. der Walzenmantel unzulässig beansprucht und überlastet durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wobei die Steue- werden können.

rung der gesamten Presskraft der Durchbiegungseinstellwalze 60 Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Lösung dieses Problems dadurch erfolgt, dass die hydraulischen Drücke der einzelnen die positiven und die negativen Stützelemente der betreffenden Zonen simultan gemäss wenigstens angenähert linearer Funktio- Zonen gleichzeitig mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen nen mit für die einzelnen Zonen vorgegebenen Koeffizienten und sowohl für die positiven als auch für die negativen Stützele-

geändert werden, sowie eine Anordnung zur Anwendung des mente getrennte Steuerungen vorzusehen. Dabei sind die Kennverfahrens. 65 linien der beiden Steuerungen so gewählt, dass sie innerhalb des

Eine derartige Steuerung von Durchbiegungseinstellwalzen vorgesehenen Einstellbereiches für die gesamte Presskraft das ist beispielsweise aus der US-PS 4 502 312 bekannt. Hiermit Vorzeichen nicht wechseln, d. h. für beide Stützelemente höch-

wurde es möglich, bei Zusammenwirken einer Durchbiegungs- stens bis auf Null absinken, bzw. frühestens bei Null beginnen.

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wobei die resultierende Kraft die gewünschte Kennlinie für die betreffende Zone ergibt, welche vom positiven Bereich durch einen Nullpunkt in den negativen Bereich wechselt, wie später anhand von Fig. 2 erläutert. Dies bedeutet jedoch, dass für die Stützelemente ein grösserer hydraulischer Druck erforderlich ist, 5 als bei Ansteuerung von nur in einer Richtung wirkenden Stützelementen, mit der Folge einer erhöhten mechanischen Belastung durch entgegengesetzte Krafteinflüsse, und dass ein erhöhter Steueraufwand, ein grösserer Druckmittelverbrauch und ein erhöhter Energieaufwand erforderlich ist. io

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend angeführten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Steuerung für eine Durchbiegungseinstellwalze der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine Variation der gesamten Presskraft oder der mittleren Linienkraft in einem is grösseren Einstellbereich durch Steuerung des hydraulischen Druckes in bestimmten Zonen mit negativer Kennlinie mit geringerem Aufwand an Steuerungseinrichtungen und Energie sowie verminderter mechanischer Belastung möglich ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass 2o der hydraulische Druck in einer Zone bei Erreichen des Nullpunktes von einem Stützelement auf ein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung in derselben Zone mittels eines einzigen Steuerventils umgeschaltet wird.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung erfolgt die Umschal- 23 tung mittels eines Mehrwegeventils in einer Art, dass praktisch immer nur ein Stützelement in einer Pressrichtung beaufschlagt ist und das entgegengesetzt wirkende Stützelement unwirksam wird. Dabei kann eine gewisse positive oder negative Überdek-kung im Rahmen der üblichen Toleranzen zulässig sein, solange 30 keine unzulässige Verformung oder Beschädigung durch den in diesen Kennlinienbereich geringen Druck eintreten kann.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele und Schemata näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walzvorrichtung mit einer zonenweise steuerbaren35 Durchbiegungseinstellwalze ;

Fig. 2 Kennlinien der einzelnen Zonen dieser Durchbiegungseinstellwalze, und

Fig. 3 ein Mehrwegdosierventil.

In Fig. 1 ist eine Walzvorrichtung dargestellt, bei der eine 4(> Durchbiegungseinstellwalze 1 mit einer konventionellen Gegenwalze 2 zusammenwirkt und auf eine zwischen den beiden Walzen 1,2 hindurchgeführte Warenbahn, beispielsweise eine Papier-, Pappen-, Faserstoff-, oder Metallbahn eine Presskraft ausübt. 45

Die Durchbiegungseinstellwalze 1 weist einen feststehenden Träger 3 auf, der zusammen mit den Zapfen 4 der Gegenwalze in einem nicht dargestellten Gerüst gelagert ist sowie einen um den Träger 3 rotierbaren Walzenmantel 5, der gegenüber dem Träger 3 mittels einer Anzahl von Zonen zl, z2... z6 von hydraulisch so steuerbaren Stützelementen abgestützt ist. Die Anzahl i der Zonen sollte mindestens drei betragen, wird in der Regel jedoch wesentlich grösser gewählt, je nach gewünschter Feinheit der Steuerung, bzw. der Anzahl der Regelpunkte. In der Figur sind der Einfachheit halber lediglich 6 Zonen dargestellt. Die einzel- 55 nen Zonen zl... z6 können jeweils ein einziges Stützelement enthalten, oder aber auch mehrere zu einer gemeinsam steuerbaren Gruppe zusammengefasste Stützelemente. Die einzelnen Stützelemente können, wie beispielsweise in US-PS 3 802 044 beschrieben, als hydrostatische Stützelemente mit hydrostati- 60 scher Lagerfläche ausgebildet sein, oder in anderer geeigneter Art, beispielsweise mit hydrodynamischer Lagerfläche oder als andersartige Stützelemente, deren Presskraft mittels des Druk-kes eines hydraulischen Druckmittels steuerbar ist.

Zusätzlich zu den in Pressrichtung P, d. h. in Richtung auf die 65 Gegenwalze 2 wirkenden Zonen zl... z6 von hydraulisch steuerbaren Stützelementen, sind bei wenigstens einigen der Zonen in der der Pressrichtung P entgegengesetzten Richtung C zusätzliche Zonen cl und c6 von Stützelementen vorgesehen, die auf den Walzenmantel 5 Kräfte auszuüben vermögen, welche den Presskräften der zugehörigen Zonen zl und z6 entgegenwirken.

Solche Gegenstützelemente können jedoch nicht nur, wie in der Figur dargestellt, in den Randzonen vorgesehen sein, sondern auch in anderen Zonen oder über die gesamte Walzenbreite, je nach den Unterschieden der Biegeeigenschaften des Walzenmantels 5 und der Gegenwalze 2. Die Anzahl der Press-Stützele-mente und die Gegenstützelemente in zugeordneten Zonen, z. B. zl und cl, kann dabei gleich sein, oder bei Bedarf auch verschieden gewählt sein, so dass die Kennlinie im Nullpunkt leicht geknickt erscheint.

Die Stützelemente der einzelnen Zonen zl... z6 sowie cl und c6 sind getrennt über nicht dargestellte Leitungen mit einem hydraulischen Druckmittel variablen Druckes ansteuerbar, wie beispielsweise aus US-PS-3 802 044 ersichtlich. Dazu ist für jede der Zonen zl... z6 sowie für die beiden Gegenzonen cl und c6 je ein Dosierventil vorgesehen, mit welchem der Druck des hydraulischen Druckmittels und damit die Presskraft der Stützelemente bzw. der Zonen getrennt voneinander eingestellt werden kann. Im Falle von hydrostatischen Stützelementen sind diese Ventile zweckmässigerweise als Proportionalventile ausgebildet, mit denen sich der Volumenstrom des Druckmittels und damit der Druck im Druckraum des Stützelementes graduell einstellen lässt. Die Steuerventile können ausserhalb der Walze angeordnet sein, oder wie in US-PS 3 932 921 offenbart, im Träger 3 an den Anschlussstellen zu den einzelnen Zonen zl... z6.

Die Steuerung der einzelnen Zonenventile erfolgt, wie in US-PS 4 502 312 offenbart, über Steuerumsetzer, die den einzelnen Zonenventilen zugeordnet sind. Diese werden von einem gemeinsamen Steuersignal X für die gewünschte mittlere Linienkraft x angesteuert. Die Steuerumsetzer liefern für die einzelnen Zonensteuerventile Steuersignale yj für den einzustellenden Druck, welche wenigstens angenähert eine lineare Funktion des Stellsignales x sind: y; = x + b,-. Die Koeffizienten a; und bj für die einzelnen Zonen werden entsprechend den Biegeeigenschaften des Walzenmantels 5 und der Gegenwalze 2 so vorgegeben, dass sich für alle einzustellenden Presskräfte x ein gewünschtes Linienkraftprofil über die Breite der Walzen, beispielsweise eine gleichförmige Presskraft in allen Zonen zl... z6 ergibt. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass auch bei Zusammenwirken von Walzen sehr unterschiedlicher Biegeeigenschaften bei einer Veränderung der gesamten Presskraft in einem weiten Bereich eine gleichförmige Linienkraft über die Breite erhalten bleibt, ohne dass eine individuelle Nachstellung der einzelnen Zonen erforderlich ist.

Da in der Regel die Biegeeigenschaften der Gegenwalze 2 und des Walzenmantels 5 unterschiedlich sein werden, ergeben sich für die einzustellenden Koeffizienten a; und bj der einzelnen Zonen auch unterschiedliche und voneinander abweichende Werte. In der Regel ist die Steuerkennlinie keine Proportional-ICennlinie, d. h. die Koeffizienten b; sind bei unterschiedlichen Walzeneigenschaften in der Regel von Null verschieden. Im Extremfall, beispielsweise bei besonders weichen Gegenwalzen, im Vergleich zum Mantel der Durchbiegungseinstellwalze können auch negative Kennlinien mit negativen Koeffizienten ü, erforderlich sein, beispielsweise in den Randzonen zl und z6.

Es sei bemerkt, dass die Koeffizienten a, und bj Konstanten sein können, die Kennlinien also exakte Geraden darstellen,

oder aber in gewissem Masse von x abhängen können, wobei die Kennlinien nicht mehr exakt linear sind.

In Fig. 2 ist für eine 6-zonige Durchbiegungseinstellwalze das Kennlinienfeld in einem solchen Fall dargestellt. Auf der Abszisse ist die Presskraft, bzw. die mittlere Linienkraft x aufgetragen , und auf der Ordinate der sich durch die einzelnen Steuerumsetzer ergebende hydraulische Druck y,- für die einzelnen Zonen. Die Kennlinien haben sämtliche angenähert die Form von Geraden, d. h. die Zonendrücke sind nahezu lineare Funktionen der

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mittleren Linienkraft x. Dabei haben die Kennlinien f3 für die mittleren Zonen z3 und z4 sowie f2 für die benachbarten Zonen z2 und z5 eine positive Steigung, d. h. die Koeffizienten a, sind für diese Zonen positiv. In den Randzonen zl und z6 hat dagegen in dem dargestellten Beispiel die erforderliche Steuerkennlinie ft 5 eine negative Neigung, d. h. die Koeffizienten ax und a6 sind negativ. D. h. für die Randzonen muss bei einer Steigerung der gesamten Presskraft die Zonenkraft herabgesetzt werden, um eine gleichmässige Linienkraft über die Breite aufrechtzuerhalten. Oberhalb einer bestimmten mittleren Linienkraft, im Bei- m spiel etwa 60 N/mm, ist sogar eine negative Zonenkraft erforderlich. Zur Erreichung dieser negativen Zonenkräfte dienen die in den Randzonen vorgesehenen, in Gegenrichtung C wirkenden Stützelemente cl und c6.

Mit Hilfe dieser Gegenstützelemente kann die erforderliche, I5 den Nullpunkt durchschreiten de Kennlinie beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im positiven Teil fi die Stützelemente zl und z6 mit Druck beaufschlagt werden, im negativen Bereich der Kennlinie f, jedoch die Gegenstützelemente cl und c6. Hierfür ist jedoch je ein Steuerventil für die entgegengesetzt 2Q wirkenden Stützelemente, beispielsweise zl und z6 vorzusehen und die beiden Steuerventile sind exakt aufeinander abzustimmen. Es ist also ein hoher Aufwand und eine exakte Einstellung erforderlich, was in der Praxi», häufig Schwierigkeiten macht.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist bereits vorge- 25 schlagen worden, die Beaufschlagung der Stützelemente und der entsprechenden Gegenstützelemente nicht durch eine Umschal-tung von den Ventilen der einen zu den Ventilen der anderen Stützelemente im Nullpunkt vorzunehmen, sondern die beiden Stützelemente im gesamten Einstellbereich stets gleichzeitig mit 30 Druck zu beaufschlagen, so dass die Stützelemente im gesamten Einstellbereich eine bis auf Null abfallende positive Presskraft ausüben und gleichzeitig die Gegenstützelemente eine bei Null beginnende, stetig ansteigende negative Stützkraft. Im Kennlinienbild sind derartige Steuerkennlinien durch die Geraden f,+ und ff dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich durch eine Addition der beiden Kennlinien und damit der beiden Drücke gerade die erforderliche resultierende Kennlinie f! bzw. f/ in den Randzonen ergibt. Als Nachteil ergibt sich hier jedoch, dass die Beanspruchung des Mantels 5 in den Randzonen höher ist als es die Kennlinie eigentlich erforderte. Der Steueraufwand ist verdoppelt, und es ist ein erhöhter Energieaufwand und Druckmittelverbrauch erforderlich.

Dieser Nachteil wurde nun dadurch beseitigt, dass als Steuerventile geeignete handelsübliche Mehrwege-Proportionalventile in den entsprechenden Zonen verwendet werden. Solche Ventile schalten bei Nulldurchgang des Steuersignales automatisch den Durchfluss auf einer Leitung ab und geben den Durchfluss durch eine andere Leitung frei. Fig. 3 zeigt ein solches Mehrwege-Proportionalventil schematisch in Normdarstellung.

Bei Verwendung eines solchen Ventils wird dieses so angeschlossen, dass im positiven Bereich f! der Kennlinie die Druckleitung A für die Stützelemente beispielsweise der Zone zl freigegeben und proportional dem Druck gesteuert wird, bei Nulldurchgang jedoch das Ventil auf die Leitung B für die Gegenstützelemente cl umschaltet und diese proportional ansteigend mit Druckmittel versorgt, wie in der Geraden fj" gezeigt, wobei die Stützelemente zl drucklos und unwirksam sind. Der Anschluss P ist an die Druckleitung der Pumpe und der Anschluss T an die Rückführung zu einem Tank angeschlossen. Insgesamt ergibt sich durch Verwendung derartiger Steuerventile also im gesamten Einstellbereich der Presskraft bzw. mittleren Linienkraft x die erforderliche lineare Steuerkennlinie mit Nulldurchgang mit geringerem Aufwand an Ventilen und mit geringerem Energie- und Druckmittelverbrauch.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

674 478 2 PATENTANSPRÜCHE einstellwalze mit einer Gegenwalze bei unterschiedlichen Biege-

1. Verfahren zum Steuern der Presskraft einer Durchbie- eigenschaften des Mantels der Durchbiegungseinstellwalze und gungseinstellwalze (1) mit einem um einen feststehenden Träger der Gegenwalze mit einem einzigen Steuersignal x und individu-(3) rotierenden und in mehreren in Achsenrichtung nebeneinan- eilen Steuerumsetzern für die einzelnen Zonen der Durchbieder vorgesehenen Zonen (zl... z6) mittels hydraulischer Stütz- s gungseinstellwalze die gesamte von der Durchbiegungseinstellelemente in einer vorgegebenen Pressrichtung (P) mit einer walze auf die Gegenwalze ausgeübte Presskraft bzw. die mittlere bestimmten Zonenpresskraft abgestützten Walzenmantel (5), Linienkraft zu variieren, wobei jedoch das Fresskraft-Profil über wobei in wenigstens einer Zone (zl, z6) zusätzlich entgegenge- die Walzenbreite, beispielsweise eine gleichförmige Linienkraft setzt zur Pressrichtung (P) wirkende hydraulische Stützelemente über die Walzenbreite bzw. gleiche Zonenpresskräfte für alle (cl, c6) vorgesehen sind, wobei die Zonenpresskraft der Stütz- io Zonen aufrechterhalten bleiben, indem die Steuerumsetzer den elemente durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wobei die hydraulischen Druck für die einzelnen Zonen i gemäss wenig-Steuerung der Gesamtpresskraft (x) der Durchbiegungseinstell- stens angenähert linearer Funktionen der Form = a,x + b; walze dadurch erfolgt, dass die hydraulischen Drücke (yj) der steuern. Die Koeffizienten aj und bj sind dabei durch die untereinzelnen Zonen simultan gemäss wenigstens angenähert linea- schiedlichen Biegeeigenschaften des Mantels der Durchbie-

rer Funktionen = a;x + b,) mit für die einzelnen Zonen (i) 15 gungseinstellwalze und der Gegenwalze vorgegeben und sind in vorgegebenen Koeffizienten (a;, bj) geändert werden, dadurch der Regel für die einzelnen Zonen i unterschiedlich. Die Werte gekennzeichnet, dass der hydraulische Druck in einer Zone bei dieser Koeffizienten und bj können je nach den unterschiedli-Erreichen des Nullpunktes von einem Stützelement (zl, z6) auf chen Biegeeigenschaften der beiden Walzen stark variieren und ein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung (c) in derselben zum Teil auch negativ sein.

Zone mittels eines einzigen Steuerventils umgeschaltet wird. 20 Beispielsweise werden im angenommenen Falle einer völlig

2. Anordnung zum Steuern der Presskraft einer Durchbie- starren und unverformbaren Gegenwalze die Koeffizienten bf für gungseinstellwalze (1) mit einem um einen feststehenden Träger alle Zonen der Durchbiegungseinstellwalze relativ klein sein und (3) rotierenden und in mehreren in Achsenrichtung nebeneinan- sämtliche Koeffizienten a, positiv. Im anderen Extremfalle einer der vorgesehenen Zonen (zl... z6) mittels hydraulischer Stütz- im Vergleich zum Mantel der Durchbiegungseinstell walze wei-elemente in einer vorgegebenen Pressrichtung (P) mit einer 25 cheren und leichter verformbaren Gegenwalze müssen jedoch bestimmten Zonenpresskraft abgestützten Walzenmantel (5), die Koeffizienten a; der Randzonen der Durchbiegungseinstell-wobei in wenigstens einer Zone (zl, z6) zusätzlich entgegenge- walze negativ vorgegeben werden, während für die mittleren setzt zur Pressrichtung (P) wirkende, hydraulische Stützelemente Zonen positive Koeffizienten aj gewählt werden müssen. Dies (cl, c6) vorgesehen sind, wobei die Zonenpresskraft der Stütz- geht so weit, dass bei Erhöhung der gesamten Presskraft oder der elemente durch hydraulischen Druck steuerbar ist, und wobei 30 mittleren Linienkraft über ein bestimmtes Mass in den Randzo-Steuerumsetzer vorzusehen sind, die in Abhängigkeit von der nen der Durchbiegungseinstellwalze eine negative Presskraft Gesamtpresskraft (x) der Durchbiegungseinstellwalze die erforderlich wird, um eine über die Breite gleichförmige Linienhydraulischen Drücke (y.) der einzelnen Zonen simultan gemäss kraft oder ein gewünschtes Linienkraftprofil aufrechtzuerhalten, wenigstens angenähert linearer Funktionen (yi = a; x + bj) mit der Dazu sind bei bekannten Durchbiegungseinstell walzen zumin-die einzelnen Zonen (i) vorgegebenen Koeffizienten (ai5 bj) 35 dest im Randbereich entgegen der Pressrichtung wirkende Stützsteuern, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der elemente vorgesehen, welche die negativen Presskräfte erzeugen hydraulischen Drücke (yi) wenigstens in einer Zone ein Mehr- können.

wege-Proportionalventil (V) vorgesehen ist, welcher derart an- Die Notwendigkeit, in gewissen Zonen eine negative Press geschlossen ist, dass der hydraulische Druck in dieser Zone (zl, kraft zu erzeugen, verursacht bei der praktischen Verwirklichung z6) bei Erreichen des Nullpunktes von einem Stützelement auf 40 einer hydraulischen Steuerung der Stützelemente jedoch Proein solches mit entgegengesetzter Stützrichtung (C) in derselben bleme. Gewöhnlich erfolgt die Steuerung der hydraulischen Zone umgeschaltet wird. Stützelemente von Durchbiegungseinstellwalzen mittels Regel ventilen. Dabei wird der Druck der Stützelemente mittels eines externen Steuersignales graduell in Abhängigkeit vom Signal 45 gesteuert. In einer Zone, in welcher im vorgesehenen Einstellbereich der gesamten Presskraft die Zonenpresskraft von positiven Werten einen Nullpunkt durchschreitet und zu negativen Werten wechselt, bereitet eine exakte lineare Steuerung entlang einer BESCHREIBUNG Geraden jedoch Schwierigkeiten, da die Steuerventile für die in