EP2499076B1 - Verfahren zum betreiben einer wicklereinrichtung - Google Patents

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EP2499076B1
EP2499076B1 EP10754697.0A EP10754697A EP2499076B1 EP 2499076 B1 EP2499076 B1 EP 2499076B1 EP 10754697 A EP10754697 A EP 10754697A EP 2499076 B1 EP2499076 B1 EP 2499076B1
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dancer
web
web tension
control
switch
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Hans-Jürgen Doeres
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B65H2801/21—Industrial-size printers, e.g. rotary printing press

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a winder device of a processing machine for processing a material web and to an associated computing unit.
  • the invention is not limited thereto, but rather directed to all types of machine tools in which a web is processed.
  • the invention is particularly applicable to printing machines such as e.g. Newspaper printing machines, commercial printing machines, gravure printing machines, in-line flexographic printing machines, packaging printing machines or securities printing machines and in processing machines, such as Pouch machines, enveloping machines or packaging machines used.
  • the web can be made of paper, cloth, cardboard, plastic, metal, rubber, in foil form, etc.
  • winder devices are optionally used as winder or unwinder.
  • a winder device usually comprises at least one driven axle, eg a winding axle of a center winder, a drive axle of a peripheral winder, a tension roller or the like, an associated actuator or controller function, eg in a motion control (motion control) or programmable logic controller (PLC) and optionally measuring members for determining the web tension.
  • the winders are usually operated so that a web tension is impressed into the web, both regulations and only adjustments of the web tension are used.
  • different methods for web tension control or adjustment in winders of web-processing machines are known.
  • a dancer control or dancer control is used, in which the web tension is typically impressed by a weight force or a pressure on the dancer in the web.
  • the task of the dancer position control is to keep the dancer within predefined limits, the nominal value of the dancer position usually being set to a middle position.
  • a dancer position control is usually used to compensate for sudden disturbances, roundness in the winding or non-uniform web transport.
  • a method or structure with dancer position controller is usually used when the web is not running continuously or sudden disturbances must be compensated. Especially with a flying role change a dancer is usually essential.
  • the controller typically specifies either the drive torque or the speed of the axis.
  • a control of the drive torque is expediently used in rigid material with a high modulus of elasticity, such as paper, metal, whereas a control of the speed is advantageously used in elastic material, such as film or fabric.
  • Traction control offers the advantage of simpler implementability and lower component cost compared to dancer control.
  • a feedback-free adjustment of the web tension for example by setting the speed or drive torque setting, is known.
  • the position or control has the advantage of simplicity, since no mechanics, such as dancer or load cell, and measuring elements, such as dancer height measurement or force measurement, are needed. However, it is relatively inaccurate because disturbances can not be detected and compensated by a controller.
  • the structure or method with traction control / adjustment is usually used instead of a dancer position controller, if a constantly running web transport is to be expected without much disruption.
  • the known methods are relatively inflexible and can hardly be adapted to changing conditions, such as new material. Also, in productions where a flying role change is provided, always a complex dancer position control necessary.
  • the invention is essentially based on the finding that a flexible and adaptable to the particular conditions web tension control or adjustment for a winder device is available when online, ie during production, from a first web tension setting method to a second Brutemposvorgabemethode is switched.
  • the term "default method" includes both control and adjustment methods.
  • control structure can be particularly well matched to the web material.
  • special advantages can be achieved.
  • a web tension specification without dancers is used. Before the roll change is switched to a dancer position default to compensate for the disturbance caused by the roll change, particularly effectively. After the roll change is finally switched back from the dancer roll default to the original web tension specification.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control unit of a printing press, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.
  • Suitable media for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 and 2 are described in a cohesive and comprehensive manner, wherein like elements are provided with the same reference numerals.
  • a winder device 100 which, in accordance with a preferred embodiment of the invention, can be operated using different web tension preselection methods.
  • the following is intended to explain, such as for example a flying role change from a dancer 's attitude, as in FIG. 1 is shown, to a speed specification, as shown in FIG. 2 is shown, is switched.
  • the winder device 100 has a winding axis 101, onto which a material web 102 is wound. It is understood that the invention is equally applicable to an unwinding process.
  • the winder device 100 has a dancer 110 for specifying a web tension and a load cell 120 for detecting the web tension.
  • the measured by the load cell 120 web tension value is transmitted to a control unit 130, which is provided for web tension control.
  • the control unit 130 controls a dancer drive 111, which, for example, pneumatically exerts a specific pressure on the dancer 110.
  • the dancer position is detected by a dancer position controller 131, which on this basis predetermines or regulates the rotational speed or the drive torque of the drive axle 101. It is understood that the web tension controller 130 and the dancer controller 131 may also be embodied in a common control unit.
  • the dancer position control requires a large number of elements and is therefore to be regarded as oversized for conventional operation.
  • the essential advantage of the dancer position control is the possibility, in particular in the event of a flying roll change, to absorb the disturbance in the web tension behavior caused by the roll change by the web material stored in the dancer and to avoid damage to the material web.
  • After the roll change is often a speed control practicable.
  • According to the present embodiment of the invention is therefore after the roll change to a speed or drive torque setting (control), as shown FIG. 2 is shown, switched.
  • the dancer position setpoint is first set to a value that corresponds to the dancer stop.
  • the dancer 110 is, for example, fixed to the upper stop.
  • the structure or method switchover is started.
  • the dancer pressure is reduced because, after switching, the web tension is no longer specified by the dancer pressure.
  • the web tension controller 130 will control the speed or the drive member of the axle 101 based on the web tension detected by the load cell 120.
  • the structure switching during the production operation is expediently such that no jumps occur in the control loop at the time of switching.
  • a PID controller in a load cell structure with specification of a drive torque the instantaneous drive torque is read out and the I component of the controller is specified so that the same setpoint torque appears at the controller output after the switchover.
  • the instantaneous drive speed is expediently read out and the I component of the controller is set so that after switching the same setpoint speed appears at the controller output.
  • a changeover to a dancer position specification can also be effected in a comparable manner by predefining the I component in accordance with the actual rotational speed.
  • the dancer position setpoint can be set, for example, in the dancer center, and the dancer pressure can also be set at the same time with the control technology changeover.
  • a mechanical fixation of the dancer z. B. by means of a mechanical brake, elsewhere, for example, in the dancer center done.
  • the dancer advantageously does not have to first be driven to the stop or later be returned to the middle position.

Landscapes

  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wicklereinrichtung einer Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten einer Warenbahn sowie eine zugehörige Recheneinheit.
  • Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Bearbeitungsmaschinen gerichtet, bei denen eine Warenbahn bzw. Materialbahn bearbeitet wird. Die Erfindung ist aber insbesondere bei Druckmaschinen wie z.B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckrnaschinen, Tiefdruckmaschinen, Inline-Flexodruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen sowie bei Verarbeitungsmaschinen wie z.B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen einsetzbar. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
    • Stand der Technik
  • Bei warenbahnverarbeitenden Maschinen werden Wicklereinrichtungen wahlweise als Auf- oder Abwickler eingesetzt. Eine Wicklereinrichtung umfasst üblicherweise mindestens eine angetriebene Achse, z.B. eine Wickelachse eines Zentrumswicklers, eine Antriebsachse eines Umfangswicklers, eine Zugwalze o.ä., eine zugehörige Stell-oder Reglerfunktion, z.B. in einer Bewegungssteuerung (Motion Control) oder speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und gegebenenfalls Messglieder zur Bestimmung der Bahnspannung. Die Wickler werden üblicherweise so betrieben, dass eine Bahnspannung in die Warenbahn eingeprägt wird, wobei sowohl Regelungen als auch lediglich Einstellungen der Bahnspannung eingesetzt werden. Im Stand der Technik sind dabei unterschiedliche Methoden zur Bahnspannungsregelung oder - einstellung bei Wicklern bahnverarbeitender Maschinen bekannt.
  • Beispielsweise wird eine Tänzerregelung bzw. Tänzerlagerregelung eingesetzt, bei der die Bahnspannung typischerweise durch eine Gewichtskraft oder einen Druck auf den Tänzer in die Warenbahn eingeprägt wird. Die Aufgabe der Tänzerlageregelung ist, den Tänzer innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, wobei der Sollwert der Tänzerlage üblicherweise auf eine Mittelposition gesetzt wird. Eine Tänzerlageregelung wird üblicherweise eingesetzt, um plötzliche Störgrößen, Unrundheiten im Wickel oder ungleichförmigen Bahntransport auszugleichen. Eine Methode bzw. Struktur mit Tänzerlageregler wird meist dann eingesetzt, wenn die Warenbahn nicht kontinuierlich läuft oder plötzliche Störungen kompensiert werden müssen. Insbesondere bei einem fliegenden Rollenwechsel ist ein Tänzer üblicherweise unerlässlich.
  • Daneben ist bekannt, die Bahnspannung durch eine Zugkraftregelung der angetriebenen Wicklerachse einzustellen oder zu regeln. Der Regler gibt dabei typischerweise entweder das Antriebsmoment oder die Drehzahl der Achse vor. Eine Regelung des Antriebsmoments wird zweckmäßigerweise bei steifem Material mit hohem Elastizitätsmodul, wie z.B. Papier, Metall, eingesetzt, wohingegen eine Regelung der Drehzahl zweckmäßigerweise bei elastischem Material, wie z.B. Folie oder Stoff, eingesetzt wird. Die Zugkraftregelung bietet im Vergleich zur Tänzerlageregelung den Vorteil der einfacheren Implementierbarkeit und des geringeren Bauteileaufwands. Schließlich ist auch eine rückkopplungslose Einstellung der Bahnspannung, beispielsweise durch Drehzahleinstellung oder Antriebsmomenteinstellung, bekannt. Die Stellung bzw. Steuerung besitzt den Vorteil der Einfachheit, da keinerlei Mechanik, wie z.B. Tänzer oder Kraftmessdose, und Messglieder, wie z.B. Tänzerhöhenmessung oder Kraftmessung, benötigt werden. Sie ist jedoch relativ ungenau, da Störungen nicht erfasst und von einem Regler ausgeglichen werden können.
  • Die Struktur bzw. Methode mit Zugkraftregelung/-einstellung wird üblicherweise anstelle eines Tänzerlagereglers eingesetzt, wenn ein konstant laufender Bahntransport ohne große Störungen zu erwarten ist.
  • Die bekannten Methoden sind verhältnismäßig unflexibel und können kaum an veränderte Bedingungen, beispielsweise neues Material, angepasst werden. Auch ist bei Produktionen, bei denen ein fliegender Rollenwechsel vorgesehen ist, immer eine aufwändige Tänzerlageregelung notwendig.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wicklereinrichtung einer Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten einer Warenbahn mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung basiert im wesentlichen auf der Erkenntnis, dass eine flexible und an die jeweiligen Bedingungen anpassbare Bahnspannungsregelung bzw. -einstellung für eine Wicklereinrichtung bereitstellbar ist, wenn online, d.h. während der Produktion, von einer ersten Bahnspannungsvorgabemethode zu einer zweiten Bahnspannungsvorgabemethode umgeschaltet wird. Der Begriff "Vorgabemethode" umfasst sowohl Regel- als auch Einstellmethoden.
  • Damit kann, beispielsweise durch Umschaltung in Abhängigkeit vom Material, die Regelstruktur besonders gut auf das Warenbahnmaterial abgestimmt werden. Insbesondere bei Produktionen mit fliegendem Rollenwechsel können besondere Vorteile erzielt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu während der normalen Produktion eine Bahnspannungsvorgabe ohne Tänzer verwendet. Vor dem Rollenwechsel wird auf eine Tänzerlagevorgabe umgeschaltet, um die Störung, die durch den Rollenwechsel verursacht wird, besonders effektiv ausgleichen zu können. Nach erfolgtem Rollenwechsel wird schließlich wieder von der Tänzerlagevorgabe zu der ursprünglichen Bahnspannungsvorgabe zurückgeschaltet.
  • Ebenso kann auf vorteilhafte Weise bei einem Wechsel zu einem Material mit höherem Elastizitätsmodul (steiferes Material) von einer Drehzahlvorgabe zu einer Antriebsmomentvorgabe umgeschaltet werden. Bei einem Wechsel zu einem Material mit niedrigerem Elastizitätsmodul (weicheres Material) wird umgekehrt von einer Antriebsmomentvorgabe zu einer Drehzahlvorgabe umgeschaltet. Somit kann bei einem Materialwechsel die jeweils optimale Vorgabe-, d.h. Regelungs- oder Einstellungsmethode ausgewählt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
    • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt schematisch eine Wicklereinrichtung mit einer Tänzerlageregelung.
    Figur 2
    zeigt die Wicklereinrichtung gemäß Figur 1, nachdem eine Umschaltung zu einer Drehzahlvorgabemethode stattgefunden hat.
  • Die Figuren 1 und 2 werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In den Figuren 1 und 2 ist eine Wicklereinrichtung 100 gezeigt, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung unterschiedlicher Bahnspannungsvorgabemethoden betrieben werden kann. Im Folgenden soll erläutert werden, wie beispielsweise nach einem fliegenden Rollenwechsel von einer Tänzerlagevorgabe, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, zu einer Drehzahlvorgabe, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, umgeschaltet wird.
  • Die Wicklereinrichtung 100 weist eine Wickelachse 101 auf, auf die eine Warenbahn 102 aufgewickelt wird. Es versteht sich, dass die Erfindung ebenso bei einem Abwickelvorgang anwendbar ist. Die Wicklereinrichtung 100 weist einen Tänzer 110 zum Vorgeben einer Bahnspannung sowie eine Kraftmessdose 120 zum Erfassen der Bahnspannung auf. Der von der Kraftmessdose 120 erfasste Bahnspannungswert wird an ein Steuergerät 130 übermittelt, welches zur Bahnspannungsregelung vorgesehen ist. Das Steuergerät 130 steuert einen Tänzerantrieb 111 an, der beispielsweise pneumatisch einen bestimmten Druck auf den Tänzer 110 ausübt. Die Tänzerlage wird von einem Tänzerlageregler 131 detektiert, der auf dieser Grundlage die Drehzahl oder das Antriebsmoment der Antriebsachse 101 vorgibt bzw. regelt. Es versteht sich, dass der Bahnspannungsregler 130 und der Tänzerregler 131 auch in einem gemeinsamen Steuergerät verkörpert sein können.
  • Es ist erkennbar, dass die Tänzerlageregelung eine Vielzahl von Elementen erfordert und deshalb für den herkömmlichen Betrieb als überdimensioniert anzusehen ist. Der wesentliche Vorteil der Tänzerlageregelung besteht in der Möglichkeit, insbesondere bei einem fliegenden Rollenwechsel die durch den Rollenwechsel hervorgerufene Störung im Bahnspannungsverhalten durch das im Tänzer gespeicherte Bahnmaterial aufzufangen und Schäden an der Warenbahn zu vermeiden. Nach dem erfolgten Rollenwechsel ist oftmals eine Drehzahlregelung praktikabler. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird daher nach dem erfolgten Rollenwechsel zu einer Drehzahl- oder Antriebsmomentvorgabe (Regelung), wie sie anhand Figur 2 dargestellt ist, umgeschaltet.
  • Bei der Online-Umschaltung auf den tänzerfreien Betrieb wird zunächst der Tänzerlagesollwert auf einen Wert gestellt, der dem Tänzeranschlag entspricht. Wie in Figur 2 dargestellt, ist der Tänzer 110 bspw. am oberen Anschlag fixiert. Nach Erreichen des Tänzeranschlags wird mit der Struktur- bzw. Methodenumschaltung begonnen. Dabei wird gleichzeitig der Tänzerdruck reduziert, da nach der Umschaltung die Bahnspannung nicht mehr durch den Tänzerdruck vorgegeben wird. Nach der Umschaltung wird der Bahnspannungsregler 130 auf Grundlage der von der Kraftmessdose 120 erfassten Bahnspannung die Drehzahl oder das Antriebselement der Achse 101 regeln.
  • Die Strukturumschaltung während des Produktionsbetriebes erfolgt zweckmäßigerweise derart, dass zum Zeitpunkt der Umschaltung keine Sprünge im Regelkreis auftreten. Beispielsweise wird bei einem PID-Regler bei einer Kraftmessdosen-Struktur mit Vorgabe eines Antriebsmomentes das momentane Antriebsmoment ausgelesen und der I-Anteil des Reglers so vorgegeben, dass nach der Umschaltung dasselbe Soll- Drehmoment am Reglerausgang erscheint. Bei einer Kraftmessdosen-Struktur mit Vorgabe einer Antriebsdrehzahl wird zweckmäßigerweise die momentane Antriebsdrehzahl ausgelesen und der I-Anteil des Reglers so vorgegeben, dass nach der Umschaltung dieselbe Soll-Drehzahl am Reglerausgang erscheint. Auch eine Umschaltung auf eine Tänzerlagevorgabe kann auf vergleichbare Weise erfolgen, indem der I-Anteil entsprechend der Ist-Drehzahl vorgegeben wird.
  • Bei einer Umschaltung von einer Drehzahlvorgabe auf eine Tänzerlagevorgabe kann der Tänzerlagesollwert beispielsweise in die Tänzermitte gesetzt und mit der regelungstechnischen Umschaltung auch gleichzeitig der Tänzerdruck entsprechend eingestellt werden. Alternativ kann auch anstelle eines Fahrens auf den Tänzeranschlag eine mechanische Fixierung des Tänzers, z. B. mittels einer mechanischen Bremse, an anderer Stelle, beispielsweise in der Tänzermitte, erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung muss der Tänzer vorteilhaft nicht erst an den Anschlag gefahren bzw. später in die Mittelstellung zurückgefahren werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Wicklereinrichtung (100) einer Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten einer Warenbahn (102),
    wobei eine Wicklereinrichtung (100) zum Auf- oder Abwickeln der Warenbahn (102) vorgesehen ist,
    wobei die Wicklereinrichtung (100) zur Vorgabe einer Bahnspannung betrieben wird, wobei während der Bearbeitung der Warenbahn (102) vor und/oder nach einem Materialwechsel von einer ersten Bahnspannungsvorgabemethode zu einer zweiten Bahnspannungsvorgabemethode umgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder zweite Bahnspannungsvorgabemethode aus der Gruppe umfassend eine Regelung und Einstellung einer Tänzerlage, einer Drehzahl und eines Antriebsmoments ausgewählt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor und/oder nach einem fliegenden Rollenwechsel von der ersten Bahnspannungsvorgabemethode zu der zweiten Bahnspannungsvorgabemethode umgeschaltet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei vor einem fliegenden Rollenwechsel zu einer Tänzerlagevorgabemethode umgeschaltet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei nach einem fliegenden Rollenwechsel von einer Tänzerlagevorgabemethode umgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei vor dem Umschalten der Tänzer (110) fixiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einem Wechsel zu einem Material mit geringerem Elastizitätsmodul zu einer Drehzahlvorgabemethode umgeschaltet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einem Wechsel zu einem Material mit größerem Elastizitätsmodul zu einer Antriebsmomentvorgabemethode umgeschaltet wird.
  9. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
EP10754697.0A 2009-11-09 2010-09-16 Verfahren zum betreiben einer wicklereinrichtung Not-in-force EP2499076B1 (de)

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EP2499076A1 EP2499076A1 (de) 2012-09-19
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