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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung
von Pressungskenngrößen im Spalt zwischen zylindrischen
Körpern, insbesondere zwischen Walzen und Zylindern von
flächigen Substraten verarbeitenden Maschinen wie Druckmaschinen.
Derartige Walzen und Zylinder müssen funktionsbedingt mit
großer Genauigkeit und reproduzierbar zueinander positioniert
werden, damit beim Passieren des zwischen den Zylindern gebildeten
Spaltes präzise auf die flächigen Substrate eingewirkt
werden kann und Dosierungen von flüssigen und pastösen
Medien vorgabegerecht erfolgen. Diese Genauigkeit betrifft sowohl
die Achsparallelität der Zylinder als auch deren Abstand.
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Die
DE 101 27 343 B4 offenbart
einen Sensor, der eine Anordnung mehrerer elastischer Elemente,
zum Beispiel in einem Raster, auf der Oberfläche des Sensors
aufweist und es erlaubt, eine flächige Verteilung einer äußeren
Kraftwirkung, die örtlich unterschiedlich stark auftritt,
zu bestimmen. Der Sensor ist nicht zur Erfassung von Pressungskenngrößen
im Walzenspalt geeignet.
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Aus
der
DE 41 35 537 C1 ist
ein Gerät zur Messung des Anpressdrucks zweier Walzen mit
Zeilenberührung bekannt, das einen zwischen die beiden
Walzen einschiebbaren Blechstab ausweist, auf dem ein Messelement
angeordnet ist. Zur Messung wird der Blechstab zwischen die Walzen
eingeführt und das Messelement liefert einen den Anpressdruck charakterisierenden
Messwert. Die Ersteckung der Kontaktzone zwischen den beiden Walzen
in Umfangsrichtung kann nicht erfasst werden.
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Des
Weiteren ist aus der
JP
06182977 A1 eine Einrichtung zur Messung der Spaltweite
einer Druckmaschine bekannt, die den Vergleich der Pressungen auf
verschiedenen Seiten des Walzenspaltes und damit eine achsparallele
Justage der Walzen zueinander ermöglicht. Die von der Einrichtung
gelieferten Werte ermöglichen keine genaue Beurteilung
der Kraftwirkungen im Walzenspalt.
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Bei
dem aus der
EP 1 052
486 B1 bekannten Verfahren wird ein Druckmessfilm, der
eine Tonerschicht definierter Dicke enthält, einer Kraftwirkung ausgesetzt.
Als unmittelbare Folge der Druckeinwirkung wird im Bereich derselben
der Toner mit Kleber auf einem Träger fixiert. Anschließend
kann die Verteilung des Toners als Kriterium für die Verteilung
der Kraftwirkung ausgemessen werden. Ein derartiges Verfahren liefert,
wenn es zur Einstellung von Walzen von Druckmaschinen angewendet
wird, auch bei Messung von Walzenpaarungen mit stark unterschiedlicher
Gummihärte etwa die gleichen Pressbreiten.
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Im
Gegensatz dazu ist die für die Farbübertragung
oder Feuchtmittelübertragung bedeutsame Presskraft pro
Länge hier aber deutlich unterschiedlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu schaffen, die eine genauere Bestimmung von Pressungskenngrößen
im Spalt zwischen zylindrischen Körpern ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, die gemäß den
Merkmalen von Patentanspruch 1 ausgebildet ist und ein Verfahren
gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zwei Sensoren,
die in ihrer Lage zueinander fixiert und in den auszumessenden Spalt
einführbar sind, wobei die in der Kontaktzone wirksamen
Dicken der beiden Sensoren voneinander verschieden sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Teilmessungen
mit ein und demselben oder mit zwei vergleichbaren Sensoren durchgeführt,
wobei die im Spalt wirksame Dicke der Sensoren bei den beiden Teilmessungen
unterschiedlich gestaltet wird.
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Die
Erfindung ermöglicht eine genaue Messung von Pressungskenngrößen
im Spalt, da die durch die Dicke des Sensors hervorgerufene Verfälschung
des Messergebnisses genau bestimmbar ist und das Messergebnis entsprechend
korrigierbar ist.
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Unter
Pressungskenngrößen werden alle die Kraftwirkungen
bzw. Kraftverteilung direkt charakterisierenden Parameter, wie z.
B. die Presskraft, die auf eine jeweilige Walzenlänge oder
eine definierte Walzenlänge bezogen ist und die Pressbreite,
das heißt die Erstreckung der Kontaktzone zwischen beiden zylindrischen
Körper in deren Umfangsrichtung, verstanden. Pressungskenngrößen
im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch diejenigen Kenngrößen der
den Spalt bildenden zylindrischen Körper, die die Kraftwirkungen
bzw. die Kraftverteilung im Walzenspalt beeinflussen oder verursachen.
Dazu gehört die Eindrücktiefe oder die Härte
der elastischen Oberfläche von einem an der Spaltbildung
beteiligtem zylindrischen Körper, die auch als Elastizitätsmodul
aufgefasst werden kann. Unter Eindrücktiefe wird das Maß verstanden,
um welches die Oberfläche eines vergleichsweise weichen
zylindrischen Körpers bei der Paarung mit einem vergleichsweise
harten zylindrischen Körper eingedrückt wird.
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Die
Sensoren liefern die Pressung des Walzenspaltes charakterisierende
Messsignale/Parameter, die insbesondere und entscheidend dadurch
ergebnisgerecht nutzbar sind, dass sie von Messungen stammen, die
bei unterschiedlicher wirksamer Dicke der Sensoren im Spalt zwischen
den zylindrischen Körpern durchgeführt wurden.
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Diese
aus Messungen bei unterschiedlichen Dicken herrührenden
Signale, beinhalten eine Art Dicken-Information. Damit wird ermöglicht,
die Sensorsignale eines oder beider Sensoren in einen Anteil, der
nur von der wirksamen Dicke des Sensors hervorgerufen wird und den
Messfehler repräsentiert und einen anderen Anteil, der
allein vom Spaltkontakt der Paarung der zylindrischen Körper
selbst herrührt und das eigentliche Messziel repräsentiert,
aufzuteilen.
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Dann
liegen Sensorsignale, die das eigentliche Messziel repräsentieren,
als Presskraftsignale von mindestens einem vorab in Presskrafteinheiten kalibrierten
Sensors und/oder Eindrücktiefensignale von mindestens einem
im Spalt-Kontakt durch die unterschiedlichen wirksamen Dicken in
Eindrücktiefen kalibrierten Sensors vor.
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Die
in den Kontaktzonen wirksamen voneinander verschiedenen Dicken können
auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Unter wirksamer Dicke
wird die Erstreckung der Sensoren in einer gedachten, zwischen den
Achsen beider Körper aufgespannten Ebene, verstanden. Sind
die Sensoren, z. B. weil sie keine ausreichende Formstabilität
aufweisen, im genannten Bereich einem Sensorträger zugeordnet,
ist mit wirksamer Dicke die Summe aus den Dicken des eigentlichen
Sensors und des Sensorträgers gemeint.
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Demnach
können die genannten unterschiedlichen Dicken durch unterschiedlich
dicke Sensoren und/oder unterschiedlich dicke Sensorträger und/oder
unterschiedlich dicke Bereiche von Sensorträgern ausgebildet
werden. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden für den Fall, dass für beide
Teilmessungen nur ein Sensor verwendet wird, die unterschiedlichen
Dicken durch Zuordnen von definiert dicken Unterlagen realisiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren
ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit verbunden, die die Signale
der Sensoren auswertet. Die Auswertung erfolgt nach vorgegebenen
Funktionen, die die Zusammenhänge zur Kalibrierung der
Messsignale bzw. zu deren Zerlegung in Anteile in der oben beschriebenen
Form enthält.
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Ein
derartiger als Funktion hinterlegter Zusammenhang soll zur Veranschaulichung
stark vereinfacht näher erläutert werden.
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Ergeben
sich bei zwei mit unterschiedlicher wirksamer Dicke der Sensoren
erfassten Sensorsignalen unterschiedliche Werte für die
Presskraft, was praktisch immer der Fall ist, kann die Differenz
der Presskraftwerte nur durch die Veränderung der wirksamen
Dicke verursacht sein. Aus dem Verhältnis von Dickenänderung
zu Presskraftänderung lässt sich, da die wirksame
Dicke der Sensoren bekannt ist, die durch die Dicke des Sensors
selbst verursachte Presskraft ermitteln und das Messsignal oder
das Ergebnis der Auswertung des Messsignals entsprechend korrigieren.
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Die
Sensoren selbst können nach beliebigen Messprinzipien arbeiten
und müssen geeignet sein, Berührdruck zu registrieren
und hinsichtlich Kraft und/oder Eindrücktiefe, vorzugsweise
ortsaufgelöst, auszuwerten. Nach bevorzugten Ausführungsformen sind
die Sensoren als Widerstandssensoren, Piezo-Sensorfolien oder kapazitive
Sensorfolien ausgebildet. Abhängig von der Art der eingesetzten
Sensoren ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich,
den bekannten aber in der Aussage eingeschränkten Messparameter
Pressbreite zu ergänzen mit dem Parameter Presskraft und
zusätzlichen weiteren von Materialhärten/Gummihärten
unabhängigen aussagekräftigen neuen Parametern
und diese vorteilhafterweise kombiniert zu messen und anzuzeigen.
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Die
beiden von der Vorrichtung umfassten Sensoren sind nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung baugleich aufgebaut und weisen dementsprechend
auch gleiche Empfindlichkeiten auf. Werden Sensoren mit unterschiedlicher
Sensorempfindlichkeit verwendet, kann der Unterschied der Sensorempfindlichkeit
in allgemein bekannter Art und Weise vorab elektronisch oder rechnerisch
korrigiert werden.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden. In der zugehörigen einzigen
Figur ist in schematischer Darstellung die Paarung von einem ersten
und einem zweiten zylindrischen Körper 1, 2 dargestellt,
wobei der erste zylindrische Körper 1 durch eine
Farbauftragswalze mit elastisch verformbarer Gummioberfläche
und der zweite zylindrische Körper 2 durch eine Farbreiberwalze
mit harter Oberfläche gebildet ist, die gemeinsam einen
Spalt 6 bilden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Pressungskenngrößen
umfasst einen Sensorträger 5. Der Sensorträger 5 ist
als dünne Edelstahlfolie ausgebildet. Dem Sensorträger 5 sind
zwei Sensoren 3, 4 flächig zugeordnet
und über eine Klebeverbindung auf diesem fixiert. Der Sensorträger 5 fixiert
die Sensoren 3, 4 in ihrer Lage zueinander und hält
die Sensoren formstabil, so dass sie in den Spalt 6 eingeführt
werden können. Obwohl die Edelstahlfolie vergleichsweise
leicht verformbar ist, reicht ihre stabilisierende Wirkung aus,
da die Sensoren 3, 4 im eingeführten
Zustand, d. h. während der Messung durch die zylindrischen
Körper 1, 2 selbst gehalten werden, so
dass die Messergebnisse nicht durch eine Verformung des Sensorträgers 5 verfälscht
werden.
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Die
beiden Sensoren 3, 4 sind in Einführrichtung
nebeneinander angeordnet, und zwar mindestens so dicht nebeneinander,
dass man eine gleiche Härteverteilung in der zu prüfenden
Walzenpaarung annehmen kann. Der Abstand der beiden Sensoren 3, 4 zueinander
ist jedoch gerade so groß, dass die durch das Einführen
des einen dickeren Sensors 3, 4 verursachte Veränderung
im Spalt 6 sich nicht bis in die Kontaktzone des anderen
Sensors 3, 4 hinein auswirken kann.
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Die
beiden Sensoren 3, 4 sind baugleich und als Pressungssensoren
ausgebildet, so dass sie auf eine Pressungsänderung mit
einer Widerstandsänderung reagieren. Den Sensoren 3, 4 ist
ausgangsseitig eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung zugeordnet,
die die Signale der Sensoren 3, 4 auswertet und
anzeigt. Zur Verbindung der Sensoren 3, 4 mit der
Auswerteeinrichtung sind Kabel vorgesehen. Ist die Auswerteeinrichtung
körperlich mit dem Sensorträger 5 und
damit indirekt auch mit den Sensoren 3, 4 verbunden,
sind zur leitenden Verbindung gegenüber dem Sensorträger 5 isolierte
Leiterbahnen ausgebildet, die direkt auf dem Sensorträger 5 aufgebracht
sind.
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Die
beiden Sensoren 3, 4 an sich weisen gleiche Abmessungen
auf. Die Dicke des Sensorträgers 5 ist in dem
Bereich, in dem ihm der erste Sensor 3 zugeordnet ist größer,
als in dem Bereich, in dem ihm der zweite Sensor 4 zugeordnet
ist. Bezogen auf den jeweiligen Sensor 3 oder 4 ist
der Sensorträger 5 mit gleichbleibender Dicke
ausgebildet, d. h. die den Sensorträger abgewandten Flächen
der Sensoren 3, 4 verlaufen parallel zu der den
Sensoren 3, 4 abgewandten Fläche der
Sensoren 3, 4. Dementsprechend sind die wirksamen
Dicken der beiden Sensoren 3, 4, die sich im Ausführungsbeispiel
aus der Dicke der Sensoren 3, 4 selbst, der Dicke
des Sensorträgers 5 im Bereich der Sensoren 3, 4 ergeben,
voneinander verschieden. Es versteht sich von selbst, dass auch
die der Fixierung der Sensoren 3, 4 dienende Klebstoffschicht
eine relevante räumliche Erstreckung aufweist. Diese wird
bei der Beschreibung der Erfindung dem Sensorträger 5 gedanklich zugeordnet,
so dass immer, wenn von der Dicke des Sensorträgers 5 die
Rede ist, auch die Dicke der Kleberschicht gemeint ist. Insgesamt
ist die Dicke des Sensorträgers 5 einschließlich
der Sensoren 3, 4 klein, im Vergleich zum Durchmesser
der zylindrischen Körper 1, 2 d. h. der
Farbwerkswalzen, die den Spalt 6 bilden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit nichtdargestellten
und an sich bekannten Führungsmitteln und Anschlägen
versehen sein, die eine definierte Lage der Sensoren 3, 4 im
Spalt 6 zum Zeitpunkt der Messung sicherstellen.
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Nachfolgend
soll die Wirkungsweise der Erfindung beschrieben werden.
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Zur
Durchführung der Messung wird der Sensorträger 5 mit
seiner Vorderkante an den Spalt 6 angelegt und langsam
in den Spalt 6 eingeführt, bis die Sensoren 3, 4 die
weich ausgebildete Farbwerkswalze kontaktieren. Die Positionierung
erfolgt praxisgerecht mittels Walzenan- und Abstellfunktion bzw. Tippbetrieb.
Bei der Positionierung ist die Sensorträgerseite der harten
Walze der zu messenden Walzenpaarung zugewandt. Es entsteht eine,
wie in der Figur gezeigte, Pressungskonstellation. Die weiche Walze
erfährt, wie gezeigt, eine Eindrückung, die im Bereich
der Sensoren 3, 4 um das Dickenmaß von Sensor 3 bzw.
um das Dickenmaß von Sensor 4 über das
Walzeneindrückmaß hinausgeht. Abweichend von der
beschriebenen Art kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch derart verwendet werden, dass die Sensoren 3, 4 der
harten Walze zugewandt sind. Ebenso sind Ausführungsformen
denkbar, bei denen die Sensoren 3, 4 unterschiedlichen
Seiten des Sensorträgers 5 zugewandt sind, so
dass sie bei der Messung jeweils eine der beiden den Spalt 6 bildenden
Walzen kontaktieren.
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Die
eigentliche Messung wird im statischen Zustand durchgeführt.
Die von den Sensoren 3, 4 gelieferten Signale
werden der Auswerteeinrichtung zugeführt, die nach vorgegebenen
Funktionen verschiedene Pressungskenngrößen ermittelt
und ausgibt. Dabei wird das Sensorsignal des einen Sensors 3, 4 unter
Verwendung des Sensorsignals des anderen Sensors 3, 4 um
den durch die Dicke des einen Sensors 3, 4 verursachten
Anteil korrigiert. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit können
auch die Signale der beiden Sensoren 3, 4 unter
Verwendung der Signale des jeweils anderen Sensors 3, 4 entsprechend
korrigiert werden und anschließend über eine Mittelwertbildung
ausgewertet werden. Auf diese Weise wird eine kombinierte Messung
der Pressung in Krafteinheiten pro Walzenlänge, der Eindrücktiefe
und der Pressbreite jeweils im Spaltkontakt der Walzenpaarung sowie
der Gummihärte der Walzenbeschichtung der im Spaltkontakt
beteiligten weichen Walze ermöglicht.
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Damit
kann eine reproduzierbare Einstellung und Kontrolle der Farb- oder
Feuchtwerkswalzen der Paarung hart/weich mit geringem gerätetechnischen und
zeitlichen Aufwand realisiert werden.
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Bei
der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann die Messung statt mit zwei Sensoren 3, 4 auch
mit einem einzigen Sensor 3, 4 durchgeführt
werden, dem zu diesem Zweck unterschiedlich dicke Unterlagen zugeordnet
werden. Der zeitliche Aufwand ist bei dieser Variante zugunsten des
gerätetechnischen Aufwandes geringfügig größer.
Der Vorteil der Variante besteht darin, dass beide Messwerte auf
den Signalen eines Sensors beruhen, sodass Einflüsse unterschiedlicher
Sensorempfindlichkeit ohne Bedeutung sind.
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- 1
- erster
zylindrischer Körper
- 2
- zweiter
zylindrischer Körper
- 3
- erster
Sensor
- 4
- zweiter
Sensor
- 5
- Sensorträger
- 6
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10127343
B4 [0002]
- - DE 4135537 C1 [0003]
- - JP 06182977 A1 [0004]
- - EP 1052486 B1 [0005]