CN103318676A - 用来对运行的原料幅材施加影响的设备 - Google Patents

Abstract

一种设备（1），用来对运行的原料幅材施加影响（2）。为此，设备（1）具有至少一个可调整辊子（4），该至少一个可调整辊子使原料幅材（2）挠曲。为了改进原料幅材（2）的幅材运行特性，至少一个辊子（4）能够按至少两个自由度调整。此外，至少一个辊子（4）可操作地连接到至少两个致动器（17）上，从而致动器（17）中的至少一个分配给自由度的每一个。

Description

用来对运行的原料幅材施加影响的设备

技术领域

本发明涉及一种用来对运行的原料幅材（material web）施加影响的设备。

背景技术

由DE 100 22 926 C2获知一种设备。这种设备具有两个辊子，这两个辊子使原料幅材挠曲。辊子可转动地保持在公共转动框架中。辊子相对于幅材的运行方向的扭转产生横向力，该横向力沿轴向对准各辊子，并且使幅材移动。这种设备因而可用来例如调节幅材运行。给定枢转轴线相对于幅材的运行方向的适当选择，在对于幅材的运行方向是横向的原料幅材中也可实现张力平衡。在任何情况下，转动框架的枢转轴线的位置选择对于控制结果都是至关重要的。为了将枢转轴线带得尽可能靠近原料幅材的进料，这个印刷文件提出，将分段修整滚针轴承用作枢转轴线。这种设备实际上已经证明本身非常良好，并且形成本发明的基础。

由DE 1 206 297 B获知一种带材位置控制器，该带材位置控制器具有回转辊子。这种枢转辊子借助于两个伺服驱动器是可调整的，这两个伺服驱动器作用在同一辊子端部上。枢转辊子被枢轴安装在轴承中，从而枢转轴线被几何地预置，并且决不是可调整的。

由DE 695 28 224 T2获知一种幅材张紧装置。它具有转动框架，该转动框架能够绕两个不同轴线枢转。这些轴线彼此正交地定向，轴线的位置是固定的。

由DE 1 198 162 B获知一种用于辊子的调整装置，该辊子用于除去金属板的锈皮。这种辊子由独立液压缸在两侧上都被调整。这种辊子因而可在预置极限内枢转和移动。然而，这种辊子的驱动是复杂的，因为每个液压缸的运动导致辊子的枢转运动和滑动运动这两种运动。

DE 30 19 001 A1公开了一种通用类型的辊子，该辊子在两侧上具有独立致动缸。两个致动缸彼此都由压力平衡装置联接。这保证相同张力作用在两个辊子端部上。由此得到辊子的未限定调整，可是，从而这种驱动***仅适用于浮动辊子。这个印刷文件形成本发明的基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中叙述的类型的设备，该设备在辊子的枢转运动时，产生用于原料幅材的改进幅材运行特性。

这个目的根据本发明用如下特征实现。

根据本发明的设备用来对运行的原料幅材施加影响，其中，基本上不重要的是：设备是否影响幅材运行、幅材张力或两者。在任何情况下，设备具有至少一个可调整辊子，该至少一个可调整辊子使原料幅材挠曲。至少一个辊子因此由原料幅材通过一定角度包裹。只有按这种方式，至少一个辊子才能设法对原料幅材施加影响。

为了改进原料幅材的幅材运行特性，根据本发明，提出将至少一个辊子构造成使得它能够按至少两个自由度调整。根据要求，至少一个辊子可以具有2、3、4、或5个自由度。因而，不再预置固定枢转轴线（至少一个辊子能够绕该枢转轴线枢转）。为了辊子在操作期间依然呈现限定位置，它可操作地连接到至少两个致动器上。致动器在这里必须排列成使得各致动器中的至少一个分配给自由度的每一个。辊子的位置因此定义为各个致动器的函数。至少一个辊子因此不再是可自由调整的。这是重要的，以便得到原料幅材对于至少一个辊子的调整的限定反作用。作为这种措施的结果，可以非常充分地实现辊子的调整，从而特别是，假想枢转轴线在预置范围内是选择性地可调整的。在非对称幅材引导的情况下，例如有利的是，将枢转轴线排列成对于辊子不对中，而是对于幅材对中。在希望影响幅材运行的场合，这种措施减小相对于幅材张力的副效应。此外，已经发生的是，至少一个辊子的枢转轴线的最佳位置位于原料幅材的进料长度的大约2/3处。这个进料长度不仅取决于具体安装情形，而且也取决于上游站的选定操作模式。如果在幅材的幅材运行方向上看，上游站能够例如从幅材运行中除去最后的辊子，那么将改变下游站的进料长度。作为没有固定枢转轴线的至少一个辊子的多维可调整性的结果，通过假想枢转轴线的简单偏移，可以形成用于这种变动的允许量。这特别是无需要求机械部分的变化，并因此可在当前操作期间进行。也有如下用途：其中，幅材引导装置根据原料幅材的类型，将在向前方向上通过一次，并且在向后方向上通过一次。幅材引导装置一般不能旋转。作为可变枢转轴线的结果，用来对运行的原料幅材施加影响的设备可以在这种情况下没有困难地适应已改变的通过方向，而无需机械变化。

线性可调整驱动器已经证明是最适当的。这些致动器是否是液压地、气动地或电气地驱动，在这种情况下是不重要的。仅仅重要的是，关于所述致动器，在致动器上的两个点之间的距离是可调整的，包括对于相应的力作用的对抗。这种类型的致动器可以容易地组合使用，以便将至少一个辊子调整到不同自由度中。

由于致动器打算除滑动运动之外也实现枢转运动，所以重要的是，这些对应枢转运动不会阻塞。这可以通过将至少一个致动器的两侧都保持在枢轴支架中而最容易地实现。第一枢轴支架这里布置在致动器的一侧上，而在致动器的第二侧上的第二枢轴支架连接到至少一个辊子上。第一枢轴支架固定在机器框架上还是例如通过另外的致动器是可调整的，在这里是不重要的。关键仅仅在于，致动器的仅仅一侧与辊子或其支架相接合。

然而，致动器的基本问题是，辊子的运动由于致动器运动而比较复杂，并且难以再现。一般希望的是，至少一个辊子顶部通过预置枢转角并且绕预置假想枢转轴线而执行限定枢转运动。枢转角这里由控制器规则地预置。然而，枢转轴线的位置以及（在必要场合）其方向适应于相应要求。为了与设备的简单可操作性相结合地实现这个目的，提出将各致动器中的至少一个连接到至少一个计算电路上。该计算电路由离预置的假想枢转轴线的第一枢轴支架的相对向量距离

和第二枢轴支架的相对向量距离

和由至少一个辊子的预置枢转角α，根据如下公式计算致动器长度L：

$L=\sqrt{{\stackrel{\→}{A}}^2+{\stackrel{\→}{B}}^2+\stackrel{\→}{B}\left[{\stackrel{\→}{A}}^t\left(\begin{array}{cc}-\cos \left(\mathrm{\α}\right)& \sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\α}\right)& \cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right)\right]}$

这里应该记住，尽管第二枢轴支架的位置基本上取决于至少一个辊子的枢转角，但以上公式应被认为意味着，第二枢轴支架的位置应该用于无枢转的辊子（α=0）。因此向量和

不取决于枢转角α。尽管以上公式比较复杂，但它在当前操作期间通过可得到的微控制器仍然可以没有困难地评估。如果多个线性作用致动器作用在至少一个辊子上时，那么以上公式可按实质相同方式应用于这些致动器中的每一个。只有值

和

对于每个个别致动器必须个别地计算。在以上公式中，应该记住，关于向量

的“t”应该看作移位代码。向量

和

基本上是列向量。移位导致行向量，该行向量然后乘以如下修改旋转矩阵，又产生列向量。这个列向量然后由向量

标乘。

如果考虑至少一个辊子的旋转对称性，那么这具有5个可能自由度。在缺少进一步措施的情况下，至少5个致动器因此是必要的，以将这个辊子保持在限定位置中。这使设备复杂、昂贵，同时又容易出故障。然而，一般地，完全没有必要使得辊子能够通过全部5个可能自由度而被调整。因而，为了设备的简化，有利的是，至少一个辊子保持在至少一个引导件中。这个引导件限制至少一个辊子的一个或更多个自由度，而无需另外的致动器。如果设备打算例如校正原料幅材的运行，那么至少一个辊子的两个自由度在幅材进料和幅材出料之间的角平分线的方向上由适当引导件阻止。因而，设备的功能性不受损害。另一方面，如果打算对横向于幅材的运行方向的幅材张力施加影响，则在幅材的运行方向上的自由度是无意义的，并可以由适当引导件阻止。所需致动器的数量由此显著地减小。与此同时，也降低了用于设备的驱动***的整体复杂性。

有利的是，至少一个辊子可操作地连接到至少一个原料幅材控制器上。这个原料幅材控制器可以通过使至少一个辊子枢转而调节原料幅材的任何选定特性。如果至少一个辊子拥有足够数量的自由度，那么可以在多个原料幅材控制器上施加影响，所述多个原料幅材控制器一方面调节幅材运行，并且另一方面调节幅材张力。这些原料幅材控制器在这种情况下作用在至少一个辊子的不同指向的枢转轴线上。因而，可以使用至少一个辊子作为例如组合式幅材运行和幅材张力控制辊子。原则上，用于两个枢轴方向的枢转轴线这里可以个别地自由选择。然而，也可以将两个枢转轴线相联，这有利于进行调整。

有利的是，设备具有至少一个幅材边缘传感器。这记录原料幅材的幅材边缘的位置。因而可以通过至少一个辊子绕假想枢转轴线的枢转而校正幅材边缘的位置。枢转轴线因而可以按照要求而被选择性地调整。

可选择地或附加地，有利的是，设备具有至少两个力传感器，所述至少两个力传感器记录原料幅材跨过其宽度的张力差。进而，至少一个辊子的枢转使这种张力差能够被校正。

附图说明

本发明的目的参照附图以例示方式描述，附图不用以限制本专利的范围，在附图中：

图1表示在辊子的初始设置中用来对运行的原料幅材施加影响的设备，

图2表示在辊子的枢转位置中的根据图1的设备，

图3表示根据图1的设备的一个可选择实施例，而

图4表示用于致动器的驱动的计算电路的一个优选实施例。

具体实施方式

图1表示用来对原料幅材2施加影响的设备1的三维视图。原料幅材2拥有运行方向3，并且绕至少一个辊子4被挠曲。在根据图1的说明性实施例中，两个辊子4中的后部辊子必须提供，而按虚线表示画出的前部辊子4仅仅是选择性的。根据原料幅材的类型和原料幅材2的几何进料和出料条件，单个辊子4也可以是足够的，从而按虚线表示而表示的辊子4也可省去。

两个辊子4在端部处可转动地支撑在滚针轴承5中。辊子4是可自由转动的还是被马达驱动的，在这里不重要。这种选择基本上取决于原料幅材2在它绕辊子4挠曲时的摩擦损失。

由另外的滚针轴承保持在辊子4上的是滚轮6，这些滚轮6按滚动布置在引导件7上被引导。原则上，滚轮6也可支撑在滚针轴承5上，这特别地导致在轴承上的减小负载。此外，代替滚轮6，滑瓦也可直接连结到滚针轴承5上，这些滑瓦沿引导件7滑动。如果按照在图1中的表示的原料幅材2从下面进给到设备1，并且从这里向下引导走，那么原料幅材2的张力仅将向下指向力分量施加在辊子4上。在这种情况下，提供仅在滚轮6或可选择滑瓦下面的适当引导件7是完全足够的。具体地说，如果也打算允许一些可选择的幅材路线，则必要的是，在适当的场合，使引导件7是双侧的，从而滚轮6到达引导件7的适当自由空间中，该空间设置在滚轮6的顶部侧和底部侧上。

尽管原料幅材2基本上在运行方向3上运动，但由于外部响应或在上游处理设备中的辊子的对准的不准确性，也得到原料幅材2的轻微横向路线8。在缺少进一步措施的情况下，原料幅材2可能移动超越辊子端部，这会使得原料幅材2的进一步处理变得不可能。为此，使设备1的辊子4是可调整的。辊子4的调整在这里这样实现，从而将幅材边缘9保持在预置希望位置中。为此，设备1具有幅材边缘传感器10，该幅材边缘传感器10永久地或圆柱地记录幅材边缘9的位置，并且将它经信号路径11传送到原料幅材控制器13的实际值输入部12。原料幅材控制器13优选地具有P、PI或PID特性。原料幅材控制器13另外拥有希望值输入部14，该希望值输入部14可选择地连接到希望值变送器15上。

为了形成封闭控制环路，原料幅材控制器13必须可操作地连接到辊子4上，从而原料幅材控制器13的输出信号激起辊子4的调整。已知的是，将原料幅材控制器直接连接到致动器上，该致动器使辊子4枢转。然而，在这种情况下，辊子4可能必须具有固定枢转轴线，因而显著地限制设备1的适用性。

为了不仅使辊子4能够是可枢转的，而且也使枢转轴线16是可变地可调整的，辊子4能够按三个自由度（两个平移和一个枢转自由度）而调整。辊子4通过三个致动器17作用，这三个致动器17例如按液压缸、气缸或电气伺服驱动器的形式构造。这些致动器17分别具有第一枢轴支架18和第二枢轴支架19。第一枢轴支架18这里构造成，固定到机器框架（未示出）上，并因此就其位置而论，独立于致动器17的设置。相反，第二枢轴支架19连接到辊子4的滚针轴承5上，并因而就其位置而论，取决于致动器设置。通过致动器17的调整，第一枢轴支架18离第二枢轴支架19的距离发生变化，借此滚针轴承5本身按照辊子4调整。

在每个致动器17上，另外提供有位移换能器20，该位移换能器20记录致动器17的相应设置，并且将它经信号路径21输送。

对于每个致动器17分配一个计算电路22。该计算电路22可操作地经信号路径23连接到X-值变送器24上，该X-值变送器24可调整地设置枢转轴线16的X-坐标。经另一条信号路径25，计算电路22可操作地连接到Y-值变送器26上，该Y-值变送器26设置枢转轴线16的Y-坐标。经另一条信号路径27，计算电路22接收原料幅材控制器13的输出信号。信号路径23、25及27对于全部计算电路22是相同的，从而它们按照并联电路相互连接。相反，信号路径21传输相应致动器17的瞬时位置，并且对于各计算电路22中的每一个是单独的。计算电路22分别拥有输出部28，该输出部28在每一种情况下经信号路径29连接到致动器17的相应一个上。各个致动器17的驱动因而彼此独立地按照原料幅材控制器13的和X-值变送器24的、以及Y-值变送器26的预置而计算。

图2表示在辊子4的已调整位置中的根据图1的设备1。枢转轴线16这里已经用作虚拟轴线，该虚拟轴线就其位置而论不由任何机械定义。辊子4绕枢转轴线16的枢转仅通过致动器17的适当协调驱动而实现。

应注意，用来调节原料幅材2的幅材边缘9的设备1的应用应该解释成只是说明性的。原则上，设备1可按任何选择方式对原料幅材2施加影响以使得这通过各辊子4中的至少一个的调整是可能的。图3表示根据图1的设备1的一个可选择实施例，其中，相同附图标记指示相同部分。代替幅材边缘传感器10，力传感器30设置在滚针轴承5中，这些力传感器30测量辊子4的轴承力。两个力传感器30都可操作地连接到差动放大器31上，该差动放大器31计算在两个辊子端部处的轴承力的差，并且将该差传送到原料幅材控制器13的实际值输入部12。在这种情况下，设备1作为张力平衡装置操作，以便平衡原料幅材2的张力，这些张力横向于原料幅材2的运行方向3而形成。原料幅材2的幅材运行被选择成使得它在辊子4的调整时具有最大可能长度变化。这通过如下实现：原料幅材离开水平方向，通过180°挠曲，再沿水平方向上被引导离开。一个辊子4这里足以调节张力。

各计算电路22彼此相同地建造，并且作为例子参照根据图4的基本电路图而描述。相同附图标记在这里指示相同部分。计算电路22经信号路径23接收与假想枢转轴线16的X-坐标成比例的信号。经信号路径25，它接收与枢转轴线16的Y-坐标成比例的信号。原料幅材控制器13的输出信号代表辊子4的必要枢转角，并且经信号路径27传送到计算电路22。最后，计算电路22经信号路径29接收位移换能器20的信号。计算电路22计算输出信号，该输出信号经信号路径21传送到致动器17。

计算电路22具有四个值变送器40-43，这四个值变送器40-43的输出信号代表枢轴支架18、19的原始位置的X-和Y-坐标。值变送器40这里输送X-坐标，并且值变送器41输送第一枢轴支架18的Y-坐标，该第一枢轴支架18固定地设置在设备1的框架中。相反，值变送器42输送X-坐标，并且值变送器43输送第二枢轴支架19的原始位置的Y-坐标，该第二枢轴支架19连接到辊子4的滚针轴承5上。原始位置这里应该理解成辊子4的无枢转位置，当在信号路径27处的信号等于零时，由至少一个辊子4呈现该无枢转位置。仅当原料幅材2的幅材运行无需校正时，辊子4才呈现这个位置。

各值变送器40-43中的每一个可操作地连接到差动放大器44-47的非反相输入部上。差动放大器44、45的反相输入部经信号路径23可操作地连接到X-值变送器24上，该X-值变送器24用于枢转轴线16的X-坐标的确定。相反，差动放大器46、47的反相输入部经信号路径25可操作地连接到Y-值变送器26上，该Y-值变送器26用于枢转轴线16的Y-坐标的确定。差动放大器44因而计算第一枢轴支架18离枢转轴线16的距离向量的X-坐标。相反，差动放大器45确定第二枢轴支架19在辊子4的原始位置中离枢转轴线16的距离向量的X-坐标。差动放大器46、47计算两个所述向量的对应Y-坐标。从原料幅材控制器13经信号路径27传送到计算电路22的角信号一方面传送到余弦发生器48，并且另一方面传送到正弦发生器49，该余弦发生器48和正弦发生器49由经信号路径27到达的信号分别计算余弦值和正弦值。

代表第一枢轴支架18的X-和Y-坐标的差动放大器44、46，与余弦发生器48和正弦发生器49的输出信号一起，可操作地连接到乘法器51-54上。这些乘法器51-54这里被接线成使得一方面的差动放大器44、46和另一方面的余弦发生器48和正弦发生器49的输出信号的任何组合相乘。这些乘法器51-54在输出侧上可操作地连接到两个求和单元55、56上，求和单元55是反相的，并且求和单元56是非反相的。这些求和单元55、56用修改旋转矩阵确定第一枢轴支架18离枢转轴线16的距离向量的积的X-坐标和Y-坐标，该修改旋转矩阵处于如下形式：

$\left(\begin{array}{cc}-\cos \left(\mathrm{\α}\right)& \sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\α}\right)& \cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right)$

所述距离向量这里应该看作行向量，并且不应该看作列向量。

在后续步骤60中，乘法器61-64确定差动放大器44-47的输出信号的平方。另外的乘法器65、66确定在第二枢轴支架19离枢转轴线16的距离向量与由求和单元55、56的输出信号代表的向量之间的标量积。

接下来，全部乘法器61、66的输出信号在求和单元67中相加，并且传送到运算放大器68。这个运算放大器68经平方器69链接返回，从而它计算求和单元67的输出信号的平方根，并且将它输送到信号路径70。在信号路径70处的信号这里代表相关致动器17的所需长度，即其第一枢轴支架18离第二枢轴支架19的所需距离。

运算放大器68的输出信号传送到差动放大器80的非反相输入部，该差动放大器80的反相输入部经信号路径29连接到致动器17的位移换能器20上。差动放大器80计算实际希望值比较，并且在输出侧上可操作地连接到伺服控制器81上。这个伺服控制器81优选地具有P、PI或PID特性，并且保证调节致动器17的位置，从而无论产生的力如何，都呈现与在信号路径70上的信号所预置的一样的长度。

所描述的计算电路22比较复杂，并且一般作为微控制器的程序而实现，由此显著地降低布线复杂性。这个计算电路22作为模拟电路的描述使理解较容易，然而，由于它特别是可独立于程序语言而实现。三个计算电路22中的每一个都具有基本相同的构造，全部计算电路22的信号路径23、25及27还彼此连接，并且具有相同信号。各个计算电路22仅由于如下而不同：从相关位移换能器20个别地引导的信号路径29、和值变送器40-43的调整。在输出侧上，每个计算电路22个别地连接到选定致动器17上。

作为这些计算电路22的结果，可能的是，按这样一种方式个别地驱动每个致动器17，从而辊子4呈现由原料幅材控制器13预置的枢转角，枢转轴线16的位置由X-值变送器24和Y-值变送器26是选择性地可预置的。枢转轴线16的位置这里甚至在当前控制操作期间也可变化。

附图标记清单

Claims (6)

1.用来对运行的原料幅材（2）施加影响的设备，其中，所述设备（1）具有至少一个可调整辊子（4），该至少一个可调整辊子使所述原料幅材（2）挠曲，其中，所述至少一个辊子（4）能够按至少两个自由度调整，并且所述至少一个辊子（4）可操作地连接到至少两个致动器（17）上，从而所述致动器（17）中的至少一个分配给所述自由度的每一个，其中，所述致动器（17）中的至少一个是线性可调整驱动器，并且所述致动器（17）中的至少一个使其一侧可枢转地保持在第一枢轴支架（18）中并且使其另一侧可枢转地保持在第二枢轴支架（19）中，该第二枢轴支架连接到所述至少一个辊子（4）上，其特征在于，所述致动器（17）中的至少一个可操作地连接到至少一个计算电路（22）上，该计算电路由所述第一枢轴支架（18）和所述第二枢轴支架（19）离预置枢转轴线（16）的相对的向量距离、和由所述至少一个辊子（4）的预置枢转角α，按如下方式计算致动器长度L，其中，所述第二枢轴支架（19）离所述枢转轴线（16）的向量距离应用于无枢转的辊子（4）（α=0°）：

$L=\sqrt{{\stackrel{\→}{A}}^2+{\stackrel{\→}{B}}^2+\stackrel{\→}{B}\left[{\stackrel{\→}{A}}^t\left(\begin{array}{cc}-\cos \left(\mathrm{\α}\right)& \sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\α}\right)& \cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right)\right]}.$

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个辊子（4）保持在至少一个引导件（7）中。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备（1）具有至少一个原料幅材控制器（13），该至少一个原料幅材控制器可操作地连接到所述至少一个辊子（4）上。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备（1）具有至少一个幅材边缘传感器（10），该至少一个幅材边缘传感器记录原料幅材（2）的幅材边缘（9）的位置，并且对所述至少一个原料幅材控制器（13）施加影响。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备（1）具有至少两个力传感器（30），所述至少两个力传感器记录跨过原料幅材（2）的宽度的张力差，并且对至少一个原料幅材控制器（13）施加影响。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备（1）具有至少两个力传感器（30），所述至少两个力传感器记录跨过原料幅材（2）的宽度的张力差，并且对至少一个原料幅材控制器（13）施加影响。

Images