DE19544988A1 - Positioniersteuerung im Glättwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glättmaschine mit einem Ständer zur Aufnahme von wenigstens zwei Glättwalzen, mit wenigstens einem Motor und einem Getriebe zur Beaufschlagung der Glättwalzen, mit einer Temperiereinrichtung zur Einstellung der Glättwalzentempe­ ratur sowie mit einer Einrichtung zur Einstellung der Glätt­ walzenposition und des Produktionsspaltes.

Es ist allgemein bekannt, Kunststoffflacherzeugnisse unter Ver­ wendung sogenannter Glättwerke oder Glättmaschinen herzustellen, bei welchen eine Kunststoffschmelze einer aus wenigstens zwei parallel im Abstand zueinander angeordneten Walzen mit sehr glatter Oberfläche, sogenannten Glättwalzen zugeführt wird. Hierbei wird die Kunststoffschmelze durch zwei gegeneinander bewegte Walzen geführt und auf die gewünschte Dicke geglättet. Der Abstand der Glättwalzen ist hierbei so eingestellt, daß eine der gewünschten Dicke des herzustellenden Flachzeuges entspre­ chende Spalthöhe zwischen den beiden Walzen resultiert.

Bei bekannten Glättmaschinen erfolgt die Positionierung der Glättwalzen üblicherweise in zwei Schritten, nämlich zunächst die Grobeinstellung gegen einen Anschlag und anschließend die Feineinstellung des Anschlages und damit des Produktionsspaltes mittels mechanischer Stellantriebe, zum Beispiel Spindel- oder Schneckenantriebe, die konstruktionsbedingt ein gewisses Spiel aufweisen, dem sich thermisch bedingte Maßänderungen, zum Bei­ spiel infolge betriebsbedingter Erwärmung, überlagern. Derartige Abweichungen sind für die geforderte Fertigungsgüte im allgemei­ nen nicht zulässig und müssen selbstverständlich umgehend kor­ rigiert werden. Die diesbezüglich bisher vorgesehenen Einrich­ tungen sind sehr aufwendig und beanspruchen einen nicht unbe­ trächtlichen Platz. Darüber hinaus können örtliche Abweichungen, zum Beispiel infolge Federwirkung an Stellhebeln, Zahnflanken und dgl. nicht immer ausreichend kompensiert werden bei einem vertretbaren Aufwand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung, eine Glättmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit möglichst geringem Aufwand eine schnel­ le und gleichzeitig exakte Einstellung des Produktionsspaltes erlaubt. Darüberhinaus wird eine möglichst selbsttätige Korrek­ tur der Einstellparameter bei Abweichung von den Sollwerten angestrebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dementsprechend ist die Einrichtung zur Feinjustierung der Produktionsspalteinstellung von wenigstens zwei jeweils an einer der Stirnseiten einer Glättwalze angreifenden hydraulischen Antrieben gebildet ist, die mit einer elektronischen Regelungseinrichtung zusammenarbei­ ten, welche die jeweilige Walzenposition erfaßt und bedarfsweise selbsttätig korrigiert. Dabei erfolgt die Korrektur anhand der eingegebenen Sollwerte. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann auf einen Anschlag verzichtet werden, wobei, abhängig von dem Verstellweg der zum Einsatz vorgesehenen Stellantriebe, vor­ gesehen sein kann, daß mit diesen sowohl die Grobeinstellung der Glättwalzen als auch die Einstellung des Produktionsspaltes erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die hydraulischen Antriebe jeweils von hydraulisch betätigten Stell­ zylindern gebildet, die vorzugsweise jeweils als CNC-Achse aus­ gebildet sind.

In vorteilhafter Weiterbildung sind an der Glättmaschine, zum Beispiel an den Walzen, zur Erfassung der aktuellen Spalthöhe Wegaufnehmer vorgesehen, welche die elektronische Regelungsein­ richtung ständig mit Meßwerten beaufschlagen, so daß ein perma­ nenter Soll/Ist-Vergleich durch die Regelungseinrichtung mit der bereits erwähnten bedarfsweisen Nachjustierung erfolgen kann.

Anstelle der Wegaufnehmer oder auch zusätzlich können nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Erfassung der aktuellen Spaltkraft Kraftaufnehmer, zum Beispiel Druckmeß­ sonden oder Piezoelemente, vorgesehen sein, welche die elektro­ nische Regelungseinrichtung ständig mit Meßwerten beaufschlagen.

Vorteilhafterweise ist in Weiterbildung der Erfindung als Weg­ aufnehmer eine Linearmeßsonde oder statt dessen ein Linearmaßstab vorgesehen, wobei die von den Kraft- und Wegaufnehmern erfaßten Meßwerte zur Einstellung des Produktionsspalts der Glättwalzen bzw. der Spaltkraft und gegebenenfalls zu deren Korrektur die­ nen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, daß ein Dickenmeßgerät zur Erfassung der Istdicke am Walzgut zusätzlich zu den Weg- und Kraftaufnehmern integriert ist, des­ sen Meßwerte ebenfalls von der Regelungseinrichtung für die Einstellung des Produktionsspaltes und der Spaltkraft verarbei­ tet werden.

Die der Glättmaschine zugeordnete Regelungseinrichtung ist in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Glättmaschine da­ durch gekennzeichnet, daß sie für die Einstellung des Produk­ tionsspaltes eine Fuzzy Logik aufweist. Nicht zuletzt hierdurch wird mit der Erfindung erreicht, daß die Korrektur der Walzpara­ meter, insbesondere zur Einstellung des Produktionsspaltes in­ nerhalb einer Zeitspanne t < 0,01 sec. möglich ist, da die Ver­ arbeitung der erhaltenen Meßwerte und die Übermittlung der hier­ aus abgeleiteten Steuerbefehle an die Stellantriebe nahezu ver­ zögerungsfrei erfolgt.

Einhergehend mit dieser extrem kurzen Auswertedauer weisen in weiterer Verbesserung der erfindungsgemäßen Glättmaschine die hydraulischen Verstellantriebe der Glättwalzen eine maximale Verstellgeschwindigkeit von v = 60 m/min auf. Dies kann ins­ besondere für den Betriebszustand "Not-Aus" bedeutsam sein.

Die hydraulischen Stellantriebe ihrerseits bieten die Möglich­ keit, daß die Maßabweichung bei der Einstellung des Produktions­ spaltes der mit hydraulischen Antrieben, insbesondere mit CNC-Achsen, versehenen Glättwalzen < 0,005 mm beträgt.

In Weiterbildung der Erfindung weist jeder hydraulische Antrieb der Glättwalzen eine Druckbegrenzung auf, die gleichzeitig als Überlastsicherung für die Glättwalzen dient.

Als eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Glättmaschi­ ne erfolgt die Druckfluidversorgung für alle hydraulischen An­ triebe durch ein gemeinsames Hydraulikaggregat, das mit der Regelungseinrichtung zusammenarbeitet und das derart kompakt gestaltet ist, daß der erforderliche Raumbedarf für die erfin­ dungsgemäß vorgesehene Verstelleinrichtung für den Produktions­ spalt mit den hydraulischen Stellantrieben einschließlich der vorgesehenen Regelungseinrichtung und des Hydraulikaggregats nur etwa ein Sechstel einer elektrisch betriebenen Produktionsspalt­ einstellvorrichtung beträgt.

Insoweit ist die Leistungsdichte der erfindungsgemäßen Positio­ niersteuerung wesentlich höher als bei den bisher zum Einsatz kommenden elektro-mechanischen Verstelleinrichtungen.

Auch der Gewichtsvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist beträchtlich, da sie nur etwa ein Viertel des Gewichts der seit­ her zum Einsatz kommenden Anordnungen wiegt. Dieser Gewichts­ vorteil hat besondere Bedeutung im Hinblick auf die an der Ma­ schine, das heißt am Ständer, angreifenden Lasten. Für die Aus­ rüstung eines Drei-Walzen-Gerüsts ist die Glättmaschine mit vier hydraulischen Verstelleinheiten zu bestücken, wobei aber nur ein Hydraulikaggregat erforderlich ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung beruht auf der hohen Steifigkeit des hydraulischen Systems. Aufgrund der geringen Kompressibilität des Hydraulikfluids und der hier­ mit im Zusammenhang stehenden schnellen Kraftübertragung ist nicht nur die unmittelbare Einstellung sehr hoher Walzenkräfte möglich sondern auch eine sehr hohe Verstellgeschwindigkeit. In Verbindung mit den durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kraft- beziehungsweise Wegaufnehmer ermöglichten geringen Abtastzeiten von weniger als 10^-3 Sec und der hiermit beaufschlagten Rege­ lungseinrichtung sind Korrekturen der Spalteinstellung praktisch verzögerungsfrei realisierbar.

Ferner ermöglicht die Erfindung die Aufbringung sehr hoher Walz­ kräfte ohne Zwischenschaltung von Untersetzungsgetrieben, welche zwangsläufig infolge Flankenspiel und Federwirkung nur schwer beherrschbare Ungenauigkeiten in das Gesamtsystem einbringen, die nunmehr vermieden werden. Insbesondere kann, wie bereits erwähnt, mit der erfindungsgemäßen Glättmaschine in Verbindung mit den diversen Ausgestaltungen und Ausführungsformen nicht nur sehr rasch auferkannte Maßabweichungen reagiert werden, sondern es läßt sich auch problemlos eine schnelle Verstellung unter Last vornehmen, ohne daß hierdurch der Fertigungsablauf beein­ trächtigt wird.

Als vorteilhaft ist darüberhinaus auch die Möglichkeit anzuse­ hen, welche sich durch die stufenlose Kombination der sogenann­ ten Positionsregelung unter Heranziehung der Meßvorgaben der Wegaufnehmer und der Kraftregelung mit den Meßwerten der Kraft­ aufnehmer im Glättwalzenspalt als sogenannte Mischregelung bie­ tet. Hierdurch läßt sich die Produktionsspalteinstellung in einem sehr weit gefaßten Bereich auf unterschiedliche Verfah­ rensparameter verschiedener Kunststoffarten und Erzeugnisdicken einstellen.

Mit der ebenfalls angesprochenen Einbeziehung eines Dickenmeßge­ rätes in die Regelkette sowie einer sogenannten intelligenten Steuerung mit "Fuzzy Logik" kann die Produktionsspalteinstellung der Glättmaschine in ein umfangreiches, übergreifendes Automati­ sierungssystem eingebunden werden.

Diese und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Glättmaschine mit Hydraulikaggregat und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Glättmaschine gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Glättmaschine 10 nach der Erfindung mit einem Ständer 12 gezeigt, in welchem Ständer 12 drei Glättwalzen 14, 16, 18 angeordnet sind. Der Antrieb der sich gegenläufig drehen­ den Glättwalzen 14, 16, 18 erfolgt mittels hier nicht näher dargestellter Walzenmotoren, die beispielsweise Elektromotoren oder Hydraulikmotoren sein können.

Die Einstellung der Walzenabstände erfolgt mittels hydraulischer Stellantriebe 20, die vorzugsweise als sogenannte CNC-Achsen ausgebildet sind und eine sehr hohe Verstellgeschwindigkeit bei gleichzeitiger hoher Verstellgenauigkeit aufweisen.

Zur Versorgung der Stellantriebe 20 dient ein Hydraulikaggregat 22, welches das zur Betätigung der Stellantriebe erforderliche Hydraulikfluid über entsprechende Stelleitungen 24, 26 den Stellantrieben 20 zuführt. In die Stelleitungen 24, 26 sind jeweils Regelventile 28, 30 eingebaut. Für die Ansteuerung der Regelventile 28, 30 sowie zur Erfassung der sonstigen Einstell­ parameter dient eine Regelungseinrichtung 32, welche sowohl mit den Regelventilen 28, 32 als auch über Signalleitungen 33 mit einer Meßeinrichtung 34, 36 zusammenarbeitet.

Die Meßeinrichtungen 34, 36 bestehen beim gezeigten Beispiel aus zwei an gegenüberliegenden Enden der Eingangswalze 14 am Ständer 12 angeordneten Wegaufnehmern, die vorzugsweise als Meßsonden ausgebildet sind und ständig die jeweilige Einstellung des Wal­ zenabstandes als Maß für den zwischen den Walzen 14, 16 beste­ henden Walzspalt 38 an die Regelungseinrichtung 32 übermitteln. Hierdurch ist gewährleistet, daß falsche Walzeneinstellungen, welche zu Maßabweichungen führen, die am Fertigprodukt, zum Beispiel Kunststoffolien, erfaßt werden, sehr rasch korrigiert werden können.

Die Eingangswalze 14 begrenzt gemeinsam mit der unmittelbar darüber angeordneten Gegenwalze 16 den sogenannten Produktions­ spalt 38, dessen Spalthöhe oder Spaltweite maßgeblich für die Dicke des Walzgutes ist, das über eine in Fig. 2 erkennbare Flachdüse 39 als Kunststoffschmelze zugeführt wird und an den temperierten Glättwalzen 14, 16, 18 die gewünschte Endform er­ hält. Im gezeigten Beispiel ist das Endprodukt eine Folie, die jeweils die Glättwalzen 16, 18 umschlingend an der obersten Glättwalze 18 die Glättmaschine verläßt, wie mit gestrichelter Linie angedeutet ist.

Ferner ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 erkennbar, daß auch die oberste Walze 18 von einem Stellantrieb 40 beaufschlag­ bar ist, um den Spalt 41 zwischen der mittleren und der obersten Glättwalze 16, 18 einstellen zu können. Darüberhinaus ist im gezeigten Beispiel der Ständer 12 mit Rollen 42 versehen, welche es möglich machen, den Ständer in Längsrichtung, das heißt senk­ recht zur Walzachse, zu verstellen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung von hy­ draulischen Stellantrieben 20, insbesondere von CNC-Achsen, zur Einstellung des Produktionsspaltes 38 kann der Aufbau der Glätt­ maschine 10 wesentlich vereinfacht werde. Da mit dem Einsatz von elektronisch angesteuerten Hydraulikkomponenten, wie Regelventi­ le, unter Einbeziehung einer ständigen Ist-Wert-Erfassung mit Soll/Ist-Vergleich eine sehr schnelle und dennoch sehr genaue Verstellung möglich ist, kann nunmehr die bisher übliche Auf­ teilung in eine Grobeinstellung mittels hydraulischem Stell­ antrieb und in eine Feineinstellung mittels mechanischem Getrie­ be, zum Beispiel Schneckengetriebe, mit Endanschlag entfallen.

Da auch die Ansteuerung der Verstellkomponenten, wie Stellan­ triebe 20, Hydraulikaggregat 22, Regelventile 26, 28 unter Ein­ beziehung der elektronischen Regelungseinrichtung 32 vorgesehen ist, die ständig mit Ist-Werten hinsichtlich Spaltweite des Produktionsspaltes 38 sowie der Walzgeschwindigkeit und der Walzentemperatur gespeist wird, kann die Arbeitsweise der erfin­ dungsgemäßen Glättmaschine 10 weitestgehend automatisiert wer­ den, da auftretende Fehler, wie Maß- oder Temperaturabweichungen entsprechend dem in der Regelungseinrichtung 32 implementierten Fertigungsablaufprogramm selbsttätig korrigiert werden.

Ergänzend kann ferner eine Dickenmeßeinrichtung vorgesehen sein, die an dem an der obersten Walze 18 austretenden Fertigprodukt dessen Dicke erfaßt und der Regelungseinrichtung übermittelt.

Claims (18)

1. Glättmaschine (10) mit einem Ständer (12) zur Aufnahme von wenigstens zwei Glättwalzen (14, 16, 18), mit wenigstens einem Motor und einem Getriebe zur Beaufschlagung der Glättwalzen, mit einer Temperiereinrichtung zur Einstellung der Glättwalzentemperatur sowie mit einer Einrichtung zur Einstellung der Glättwalzenposition und des Produktions­ spaltes (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Glättwalzenposition und des Produk­ tionsspaltes (38) von wenigstens zwei jeweils an einer der Stirnseiten einer Glättwalze (14) angreifenden hydrauli­ schen Stellantrieben (20) gebildet ist, die mit einer elek­ tronischen Regelungseinrichtung (32) zusammenarbeiten, welche die jeweilige Walzenposition erfaßt und bedarfsweise korrigiert.

2. Glättmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Stellantriebe (20) jeweils von hydrau­ lisch betätigten Stellzylindern gebildet sind.

3. Glättmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betätigten Stellzylinder (20) jeweils als CNC-Achse ausgebildet sind.

4. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der aktuellen Spalthöhe des Produktionsspaltes (38) Wegaufnehmer (34, 36) vorgese­ hen sind, welche mit der elektronischen Regelungseinrich­ tung (32) verbunden sind und Meßwerte an diese ständig übermitteln.

5. Glättmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der aktuellen Spaltkraft des Produktionsspaltes (38) Kraftaufnehmer vorgesehen sind, welche mit der elektronischen Regelungseinrichtung (32) verbunden sind und Meßwerte an diese ständig übermitteln.

6. Glättmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der aktuellen Spalthöhe und Spaltkraft des Produktionsspaltes (38) Kraft- und Weg­ aufnehmer vorgesehen sind, welche die elektronische Rege­ lungseinrichtung (32) ständig beaufschlagen.

7. Glättmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftaufnehmer eine Druckmeßsonde vorgesehen ist.

8. Glättmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Wegaufnehmer (34, 36) eine Linear­ meßsonde vorgesehen ist.

9. Glättmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Wegaufnehmer (34, 36) ein Linear­ maßstab vorgesehen ist.

10. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kraft- und Wegaufnehmern erfaßten Meßwerte zur Einstellung des Produktionsspaltes (38) dienen.

11. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dickenmeßgerät zur Erfassung der Istdicke am Walzgut zusätzlich zu den Weg- und Kraftauf­ nehmern vorgesehen ist, dessen Meßwerte der Regelungsein­ richtung (32) für die Einstellung des Produktionsspaltes (38) dienen.

12. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regelungseinrichtung (32) für die Einstellung des Produktionsspaltes (38) eine Fuzzy Logik integriert ist.

13. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regelungseinrichtung (32) die Korrektur der Walzparameter, insbesondere zur Einstellung des Produktionsspaltes (38) innerhalb einer Zeitspanne t < 0,01 sec ermöglicht ist.

14. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßabweichung bei der Einstellung des Produktionsspaltes (38) und ggfs. des Spalts (41) der mit hydraulischen Stellantrieben (20, 40), insbesondere mit CNC-Achsen, versehenen Glättwalzen (14, 18) weniger als 0,005 mm beträgt.

15. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Stellantriebe (20, 40) der Glättwalzen (14, 18) eine Druckbegrenzung aufwei­ sen.

16. Glättmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzung der hydraulischen Stellantriebe (20, 40) als Überlastsicherung für die Glättwalzen (14, 16, 18) dient.

17. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Stellantriebe (20, 40) der Glättwalzen (14, 18) eine maximale Verstell­ geschwindigkeit von v = 60 m/min aufweisen.

18. Glättmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckfluidversorgung für alle hy­ draulischen Stellantriebe (20, 40) ein gemeinsames Hydrau­ likaggregat (22) vorgesehen ist, das mit der Regelungsein­ richtung (32) zusammenarbeitet.