Die Erfindung betriff ein Verfahren zum Betrieb einer bahnverarbeitenden Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige bahnverarbeitende Maschinen weisen generell eine Anordnung von Prozesselementen mit zugeordneten Antrieben auf, wobei die Prozesselemente zum Transport und/oder zur Bearbeitung einer Warenbahn eingesetzt werden. Beispiele für derartige bahnverarbeitende Maschinen sind insbesondere Druckmaschinen oder weitere Maschinen zur Herstellung oder Bearbeitung von aus Papier, Pappe oder auch Kunststoffen oder Textilien gebildeten Warenbahnen.
Zur Kontrolle des Betriebs derartiger bahnverarbeitender Maschinen ist es insbesondere erforderlich, eine ausreichende Kenntnis über den Zustand der zu bearbeitenden Warenbahn und der Transportelemente für die Warenbahn zu erhalten. Insbesondere ist es zur Gewährleistung einer gleich bleibenden hohen Qualität der Bearbeitung der Warenbahn notwendig, Kenntnis über die in der Warenbahn herrschenden Kräfte und daraus resultierend über die Dehnung der Warenbahn während der durchgeführten Transport und/oder Bearbeitungsprozesse sowie den Schlupf und andere Abrolleigenschaften der Transportelemente zu erhalten.
Derartige Prozessgrößen in bahnverarbeitenden Maschinen können beispielsweise durch den Einsatz zusätzlicher Sensorik erfasst werden. Mit derartigen Sensoren, sogenannten Bahnspannungsmessem können die wirkenden Kräfte in einer Warenbahn bestimmt werden. Um die in der Warenbahn wirkenden Kräfte genau zu verfolgen muss jedoch an unterschiedlichen Messorten eine Vielzahl derartiger Sensoren installiert werden, was einen erheblichen Installations- und Kostenaufwand bedeutet. Zudem ist es aus Platzgründen oder prozesstechnischen Gründen oftmals überhaupt nicht möglich, derartige Sensoren an bahnverarbeitenden Maschinen anzubringen.
Prinzipiell kann zur Bestimmung der Spannungen innerhalb der Warenbahn auch eine Messung der Drehmomente der Antriebe erfolgen, wobei hierzu die Motorströme in den einzelnen Antrieben gemessen werden können.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass derartige Messungen eine Reihe von systematischen und stochastischen Fehlern beinhalten. Eine erste Fehlerquelle besteht darin, dass die notwendige Umrechnung des ermittelten Motorstroms eines Antriebs auf das gesuchte Drehmoment durch Störeinflüsse wie Temperatureffekten, prinzipiell fehlerbehaftet ist. Weiterhin beinhaltet diese Messgröße auch Reibungsmomente beziehungsweise Reibungskräfte in den Prozesselementen. Damit liefert die Messung des Motorstroms als Kenngröße für das Drehmoment eines Antriebs keine zuverlässige, reproduzierbare Aussage über die Prozessgröße der Warenbahn.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels derer mit geringem konstruktivem Aufwand eine reproduzierbare Kontrolle des Transports und/oder der Bearbeitung einer Warenbahn in einer bahnverarbeitenden Maschine ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer bahnverarbeitenden Maschine, welche eine Anordnung von mittels Antrieben getriebenen Prozesselemten zum Transport und/oder zur Bearbeitung einer Warenbahn aufweist. Die Geschwindigkeiten wenigstens eines Teils der Antriebe werden mit jeweils einer vorgegebenen Modulationsfrequenz moduliert. Zur Ermittlung von Prozessgrößen der bahnverarbeitenden Maschine werden durch die Modulationen bedingte Änderungen von Einflussgrößen der Antriebe erfasst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass durch die Modulation der Geschwindigkeiten der Antriebe und die der Modulationsfrequenz folgenden Messung der jeweiligen Einflussgröße externe Störeinflüsse bei der Messung wie Rauschen systematisch beseitigt werden können. Wesentlich ist hierbei, dass die Messung der jeweiligen Prozessgröße genau in der Frequenz und Phasenlage der durchgeführten Modulation erfolgt. Damit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Prozessgrößen oder bahnverarbeitende Maschinen genau und reproduzierbar erfasst werden, wodurch eine zuverlässige Kontrolle des Betriebs der bahnverarbeitenden Maschine ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft wird die Geschwindigkeitsmodulation der Antriebe derart durchgeführt, dass die Funktionen der Prozesselemente unbeeinträchtigt bleiben, das heißt, die Genauigkeit des Transports und/oder der Bearbeitung der Warenbahn innerhalb vorgegebener Grenzen erhalten bleibt. Hierzu sind die Amplituden und die Modulationsfrequenz der durchgeführten Modulationsfrequenz in geeigneter Weise zu wählen. Die Amplitude der Modulation ist dabei hinreichend klein gegenüber dem Absolutbetrag der zu modulierenden Geschwindigkeit zu wählen. Die Modulationsfrequenz ist insbesondere so zu wählen, dass die zu messende Einflussgröße der Änderung der Geschwindigkeit durch die Modulation auch folgen kann, so dass eine messbare Änderung der Einflussgröße entsteht. Damit kann die Erfassung der Prozessgröße ohne negative Beeinträchtigungen des Betriebs der bahnverarbeitenden Maschine durchgeführt werden. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann dabei dadurch noch erhöht werden, dass die Geschwindigkeitsmodulationen in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt werden, und dass die bei den einzelnen Modulationen erhaltenen Ergebnisse für die Einflussgröße integriert werden.
Die bei den erfindungsgemäßen Verfahren erfassten Einflussgrößen sind von Kenngrößen der Antriebe gebildet, insbesondere den Drehmomenten der Antriebe. Zusätzlich können bei Bedarf auch die Positionen und/oder Drehzahlen der Antriebe erfasst werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass diese Einflussgrößen ohne zusätzliche Sensorik erfasst werden können. Zur Erfassung der Einflussgrößen können in den Antrieben oder in Umrichtern, die zur Ansteuerung der Antriebe dienen, bereits vorhandene Einheiten genutzt werden. Insbesondere weisen die Umrichter bereits Einheiten zur Messung der Motorströme der Antriebe auf, welche ein Maß für die zu bestimmenden Drehmomente der Antriebe bilden.
Andererseits kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für Systeme mit zusätzlicher Sensorik genutzt werden, wobei dann die Signale die gemessenen Einflussgrößen bilden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Informationen über unterschiedliche Prozessgrößen erhalten werden. Hierzu zählt einerseits eine Information über die geschwindigkeitsabhängigen Reibungen innerhalb der Anlage, insbesondere der mit den Antrieben getriebenen Prozesselemente. Weiterhin können als weitere Prozessgrößen Informationen über die zu transportierenden beziehungsweise zu bearbeitenden Warenbahnen erhalten werden. Hierzu gehören auf die Warenbahnen wirkende Kräfte beziehungsweise Reaktionen der Warenbahnen auf derartige Kräfte, insbesondere Spannungen in Warenbahnen, Verformungen von Warenbahnen und daraus resultierend Informationen über die Elastizität von Warenbahnen.
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Geschwindigkeiten sämtlicher Antriebe der bahnverarbeitenden Maschine mit vorzugsweise einer Modulationsfrequenz moduliert, wobei als Einflussgrößen die Drehmomente sämtlicher Antriebe erfasst werden. Dabei werden insbesondere Informationen über die geschwindigkeitsabhängigen Reibungen innerhalb der bahnverarbeitenden Maschine erhalten.
Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht bei allen sondern bei einzelnen Antrieben oder einzelnen Gruppen von Antrieben Geschwindigkeitsmodulationen durchgeführt. Dabei werden vorzugsweise wieder als Einflussgrößen die Drehmomente aller Antriebe erfasst. Zusätzlich können die Positionen und/oder Drehzahlen von Antrieben erfasst werden, wobei bevorzugt die Positionen und/oder Drehzahlen von Antrieben erfasst werden, deren Geschwindigkeit nicht moduliert wurde. Insbesondere durch die Bestimmung der Positionen und/oder Drehzahlen können Abweichungen dieser Kenngrößen von vorgegebenen Sollwerten erfasst werden, die durch die Modulationen bedingt sind. Insbesondere bei Warenbahnen die aus Papier, Pappe oder dergleichen bestehen, können durch die Messungen der Einflussgrößen die Elastizitätsmodule derartiger Warenbahnen bestimmt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden beide Varianten der Geschwindigkeitsmodulationen zur Bestimmung von Prozessgrößen kombiniert, das heißt gemeinsam angewandt.
In einer ersten Ausführungsform werden dabei alternierend einmal sämtliche Antriebe der bahnverarbeitenden Maschine geschwindigkeitsmoduliert und einmal nur einzelne Antriebe oder einzelne Gruppen von Antrieben der bahnverarbeitenden Maschinen geschwindigkeitsmoduliert.
In einer alternativen Ausführungsform werden simultan sämtliche Antriebe mit einer ersten Modulationsfrequenz geschwindigkeitsmoduliert und einzelne Antriebe oder Gruppen von Antrieben mit einer zweiten Modulationsfrequenz geschwindigkeitsmoduliert. Da sich die erste und zweite Modulationsfrequenz unterscheiden, können die Messergebnisse für die Modulationen mit der ersten und zweiten Modulationsfrequenz separiert und getrennt ausgewertet werden.
Vorteilhaft werden bei beiden Ausführungsformen die Messergebnisse für die Modulationen mit den ersten und zweiten Modulationsfrequenzen zueinander in Beziehung gesetzt, wobei dies vorzugsweise mittels einer Differenzmessung erfolgt. Durch eine derartige Auswertung kann die geschwindigkeitsabhängige Reibung aus den Messwerten zur Bestimmung lokaler Spannungen oder Dehnungen in der Warenbahn oder zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls der Warenbahn heraus gerechnet werden, so dass diese Messgrößen fehlerfrei und exakt bestimmt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in unterschiedlichen bahnverarbeitenden Maschinen eingesetzt werden. Hierzu gehören insbesondere Druckmaschinen, Maschinen zur Herstellung von Papier, Pappe, Kunststofffolien und Verbundmaterialien sowie Rollenschneider als weitere papierverarbeitende Maschinen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren in Maschinen eingesetzt werden, die Warenbahnen bearbeiten, die nicht aus Papier bestehen. Hierzu gehören Textilmaschinen, insbesondere Maschinen zur Herstellung oder Bearbeitung, insbesondere Veredelung von textilen Warenbahnen, insbesondere Maschenware. Weiterhin kann die bahnverarbeitende Maschine als Folienreckanlage ausgebildet sein. Schließlich kann die bahnverarbeitende Maschine als Richtanlage zum Richten von Blechen ausgebildet sein. Hier werden Bleche von einem Coil abgewickelt und mittels mehrerer hintereinander angeordneter angetriebener Richtwalzen hin und her bewegt, um die von der Aufwicklung stammende Biegung im Blech zu entfernen.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einer bahnverarbeitenden Maschine eine Druckmaschine 1, 1' in Einzelständerbauweise. Diese Druckmaschine 1, 1' dient zur Bedruckung oder allgemein zur Bearbeitung einer als Papierbahn 2 ausgebildeten Warenbahn. Zur Bearbeitung der Papierbahn 2 sind im vorliegenden Fall drei Bearbeitungswerke 3a, 3b, 3c vorgesehen, die in Förderrichtung F der Papierbahn 2 hintereinander angeordnet sind. Jedes Bearbeitungswerk 3a, 3b, 3c weist als Prozesselement mehrere angetriebene Zylinder, nämlich einen Gegendruckzylinder 4, einen Formatzylinder 5 und eine Rasterwalze 6 auf. Mit den Bearbeitungswerken 3a, 3b, 3c können insbesondere Druckmotive mit unterschiedlichen Farben auf die Papierbahn 2 aufgedruckt werden.
Die Papierbahn 2 wird von einem Abwickler 7 über ein erstes Zugwerk 8 abgezogen und den Bearbeitungswerken 3a, 3b, 3c zugeführt. Nach Bearbeitung der Papierbahn 2 in den Bearbeitungswerken 3a, 3b, 3c wird diese über ein weiteres Zugwerk 8 einem Aufwickler 9 zugeführt und dort aufgewickelt. Die Zugwerke 8 bestehen jeweils aus zwei angetriebenen gegenläufig rotierenden Transport-Zylindern 10.
Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung von Antrieben 11 mittels derer die Prozesselemente einer bahnverarbeitenden Maschine, insbesondere der Druckmaschine 1 gemäß Figur 1 angetrieben werden. Die Antriebe 11 sind als Drehstrom-Motoren, beispielsweise Synchronmotoren ausgebildet, und werden jeweils von einem Umrichter 12 angesteuert. Bei der bahnverarbeitenden Maschine gemäß Figur 1 werden vorzugsweise der Aufwickler 9 und der Abwickler 7 von Asynchronmotoren betrieben. Von den Umrichtern 12 führen als leistungsseitige Anschlüsse Leitungen 13 zu den zugeordneten Antrieben 11. In Figur 2 ist jeweils nur eine derartige Leitung dargestellt. Da die Umrichter 12 und Antriebe 11 jeweils dreiphasig ausgebildet sind, führen jedoch im allgemeinen drei derartige Leitungen 13 von einem Umrichter 12 zum zugeordneten Antrieb 11. Weiterhin führt von jedem Umrichter 12 eine Signalleitung 14 zum zugeordneten Antrieb 11, über welchen Steuerbefehle vom Umrichter 12 an den Antrieb 11 ausgebbar sind. Schließlich sind die Umrichter 12 über weitere Signalleitungen 15 an eine zentrale Steuerung 16 angeschlossen, die den Betrieb der bahnverarbeitenden Maschine steuert.
Zur Ermittlung von Prozessgrößen der bahnverarbietenden Maschinen werden deren Antriebe 11 geschwindigkeitsmoduliert.
Im vorliegenden Fall werden die Antriebe 11 alternierend mit zwei verschiednen Modulationen moduliert. Bei der ersten Modulation werden die Geschwindigkeiten sämtlicher Antriebe der bahnverarbeitenden Maschine mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz moduliert. Als Einflussgrößen werden durch Messung der Motorströme in den Umrichtern 12 die Drehmomente der Antriebe 11 bestimmt. Dabei erfolgen die Messungen dieser Einflussgrößen in der Frequenz und Phasenlage der Modulationsfrequenz. Durch diese phasensensitive Auswertung werden Störeinflüsse wie Rauschen bei den Messungen eliminiert. Mit diesen Messungen werden insbesondere geschwindigkeitsabhängige Reibungen in der bahnverarbeitenden Maschine erfasst, wogegen geschwindigkeitsunabhängige Reibungseffekte durch die Messungen anhand der Geschwindigkeitsmodulation eliminiert werden. Die geschwindigkeitsabhängigen Reibungseffekte beruhen beispielsweise auf den elastischen Deformationen nicht dargestellter Klischees zur Bedruckung der Papierbahn 2.
Bei der zweiten Modulation werden nur einzelne Antriebe 11 geschwindigkeitsmoduliert, im vorliegenden Fall beispielsweise die Antriebe 11 des zentralen Bearbeitungswerks 3b. Als Antwortgröße auf diese Modulation werden wiederum die Drehmomente sämtlicher Antriebe 11 bestimmt. Zusätzlich können insbesondere auch die Positionen und/oder Drehzahlen der nicht modulierten Antriebe 11 gemessen werden um Abweichungen bezüglich der hierfür vorgegebenen Sollwerte infolge der Modulation zu erfassen. Mit diesen Messungen werden ortsaufgelöste Informationen über die durch die Modulation bewirkten Spannungen und Dehnungen der Warenbahn erhalten.
Besonders vorteilhaft werden durch Differenzbildung der Messwerte bei der ersten und zweiten Modulation die geschwindigkeitsabhängigen Reibungseffekte eliminiert, so dass beispielsweise durch Auswertung der Messergebnisse für die Drehmomente für die Bearbeitungswerke 3a, 3b, 3c bei der zweiten Modulation der Elastizitätsmodul der Warenbahn bestimmt werden kann. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Antriebe 11 des Bearbeitungswerks 3b wird beispielsweise die Bahnspannung zwischen den Bearbeitungswerken 3b und 3c erhöhen und zwischen den Bearbeitungswerken 3a, 3b reduzieren, was mit der Messung der Drehmomente registriert wird. Aus diesen Messergebnissen lässt sich aus den prozentualen Faktor zwischen Dehnung und Spannung der Papierbahn 2, also deren Elastizitätsmodul, schließen.
Im vorliegenden Fall werden die ersten und zweiten Modulationen alternierend durchgeführt. Alternativ können diese auch simultan durchgeführt werden, wobei dann die Modulationsfrequenzen jedoch für die ersten und zweiten Modulationen unterschiedlich sein müssen um die jeweils erhaltenen Messergebnisse separieren zu können. Prinzipiell kann auch nur eine erste oder zweite Modulation durchgeführt werden.
Generell werden die Amplituden und Frequenzen der Modulationen so gewählt, dass diese den Bearbeitungsprozess der Warenbahn nicht beeinträchtigen. Im vorliegenden Fall bedeutet das, dass die Amplituden der Modulation so klein gewählt werden und die Modulationsfrequenz so an den Transport der Papierbahn 2 angepasst sind, dass diese noch mit der geforderten Genauigkeit der Bearbeitungswerken 3a, 3b, 3c zugeführt werden können.
Das beschriebene Verfahren kann dahingehend erweitert oder geändert werden, dass die Zugwalzen 10, 10' gemeinsam oder gegeneinander geschwindigkeitsmoduliert werden. Damit können insbesondere die Beschichtungen der Zugwalzen 10, 10' oder deren Reibwerte kontrolliert werden.
Figur 3 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel einer bahnverarbeitenden Maschine ein Druckmaschine 1, 1' in Zentralzylinderbauweise. Auch diese Druckmaschine 1 weist einen Abwickler 7 auf, wobei von diesem eine Papierbahn 2 abgewickelt wird.
Die Papierbahn 2 wird einer zentralen Bearbeitungsstation zugeführt, die einen zentralen Gegendruckzylinder 4' sowie mehrere in Umfangsrichtung des Gegendruckzylinders 4' verteilte Farbwerke 17 aufweist. Jedes Farbwerk 17 umfasst einen Formatzylinder 5' und eine Rasterwalze 6'. Die zu bedruckende Papierbahn 2 wird zwischen dem Gegendruckzylinder 4' und dem jeweiligen, auf dieser Mantelfläche laufenden Formatzylinder 5' geführt. Die für den Druckprozess notwendige Farbe wird von einer Rasterwalze 6' auf ein Druck-Klischee 18 auf den jeweiligen Formatzylinder 12' übertragen.
Die bedruckte Papierbahn 2 wird schließlich analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 einem Aufwickler 9 zugeführt.
Auch in diesem Fall werden alternierend oder simultan zwei unterschiedliche Geschwindigkeitsmodulationen durchgeführt. Bei der ersten Modulation werden wiederum die Geschwindigkeiten sämtlicher Antriebe 11 moduliert und als Antwort hierauf wieder die Drehmomente aller Antriebe 11 bestimmt. Bei der zweiten Modulation werden die Antriebe 11 eine Farbwerks 17 moduliert. Die Messwerterfassung für die einzelnen Antriebe 11 erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1. Während sich aus den Messergebnissen für die erste Modulation wiederum Informationen über die geschwindigkeitabhängigen Reibungskräfte innerhalb der gesamten bahnverarbeitenden Maschine ergeben, werden aus den Messergebnissen für die zweiten Modulationen Informationen über die elastische Verformung des Druck-Klischees 18 des Farbwerks 17 erhalten.
Figur 4 betrifft ein weiteres Ausführungsbeispiel einer bahnverarbeitenden Masschine in Form eines Rollenschneiders, in welchem eine Papierbahn 2 zunächst in Förderrichtung F geschnitten und danach aufgewickelt wird. Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines Rollenschneiders. Dieser Ausschnitt zeigt zwei Tragwalzen 19, 20, auf welche der bereits aufgerollte Teil der Papierbahn 2 als Rolle 21 aufliegt. Durch die Drehbewegungen der angetriebenen Tragwalzen 19,20 wird die Rolle 21 weiter aufgewickelt.
Die in Förderrichtung F der Papierbahn 2 vorne liegende Tragwalze 19 läuft mit einer geringfügig höheren Oberflächengeschwindigkeit als folgende die Tragwalze 20. Dadurch wird eine Vorspannung auf die auf die Rolle 21 zu wickelnde Papierbahn 2 ausgeübt, so dass die Rolle 21 eine hohe Festigkeit erlangt.
Im vorliegenden Fall wird die Geschwindigkeit der hinteren Tragwalze 20 mit einer Modulationsfrequenz moduliert, wodurch wiederum eine Ermittlung des Elastizitätsmoduls der Papierbahn 2 ermöglicht wird. Bei bekanntem Elastizitätsmodul können Verschleißeffekte in der Oberfläche der Papierbahn 2 erfasst werden. Besonders vorteilhaft werden wiederum in einer weiteren Modulation sämtliche Antriebe 11 geschwindigkeitsmoduliert um daraus die geschwindigkeitsabhängigen Reibungseffekte zu bestimmen und dann bei der Bestimmung des Elastizitätsmoduls herauszurechnen.
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