TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Position einer Vorrichtung, wie z.B.

einer einen Walzenspalt ausbildenden Walze in einer

Faserbahnmaschine, mit einer fluiddruckgetriebenen Kolben- Zylinder-Einrichtung, und genauer gesagt auf eine derartige Anordnung mit einer fluiddruckgetriebenen Kolben-Zylinder- Einrichtung, die eine Vielzahl von Druckkammern aufweist.

STAND DER TECHNIK

Eine bekannte Kolben-Zylinder-Einrichtung 1, wie sie unter anderem in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus einem Zylinder 11 und einem darin gleitfähig angeordneten Kolben 12. Der Zylinder 11 ist aus einer geschlossenen zylindrischen

Außenhülle 111 und einem kreisförmigen Zylinderkern 112 aufgebaut, wodurch eine ringförmige Kammer 113 zwischen der Außenhülle 111 und dem Kern 112 ausgebildet ist. Der Kolben 12, bzw. ein Boden 121 des Kolbens 12 ist gleitfähig in der Kammer 113 angeordnet, wobei ein hohler Kolbenschaft 122 des Kolbens 12 an dem Kolbenboden 121 vorgesehen ist und mit diesem einstückig bewegt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten beispielhaften Kolben-Zylinder-Einrichtung 1 sind zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben 12 vier

Druckkammern vorgesehen, wie folgt: Eine erste Druckkammer 13 ist zwischen dem Zylinderboden bzw. der Bodenfläche der ringförmigen Kammer 113 und der Unterseite des Kolbenbodens 121 ausgebildet, eine zweite Druckkammer 14 ist zwischen der Innenseite der Außenhülle 111 und der Außenseite des Kolbenschafts 122 ausgebildet, eine dritte Druckkammer 15 ist zwischen der Innenseite des Kolbenschafts 122 und dem Außenumfang des Zylinderkerns 112 ausgebildet und eine vierte Druckkammer 16 ist zwischen dem Innenraum des

Kolbenschafts 122 und der Oberseite der Zylinderaußenhülle 111 ausgebildet. Jede der Druckkammern 13, 14, 15, 16 weist eine von den Wirkflächen der anderen Druckkammern

verschiedene Wirkfläche auf, d.h. dass sich die

Querschnitte der Druckkammern 13, 14, 15, 16 voneinander unterscheiden. Darüber hinaus steht jede der Druckkammern 13, 14, 15, 16 wahlweise mit einem Druckanschluss in

Verbindung, durch den die jeweilige Druckkammer mit Druck beaufschlagt werden kann. Eine derartige Kolben-Zylinder- Einrichtung 1, wie sie vorhergehend beschrieben ist, wird auch als Digitalzylinder bezeichnet.

Da derartige Digitalzylinder noch neu sind, speziell bei einer Verwendung derselben für Faserbahnmaschinen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung zur Steuerung der Position einer Vorrichtung in einer

Faserbahn, wie zum Beispiel einer Kalanderwalze,

bereitzustellen, wobei die Positionierung durch einen fluiddruckgetriebenen Digitalzylinder geschieht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung weist eine Anordnung zur Steuerung der Position einer Vorrichtung, insbesondere einer Walze in einer Faserbahnmaschine, eine fluiddruckgetriebene Kolben- Zylinder-Einrichtung mit mehreren Druckkammern auf. Das Fluid kann dabei ein Hydrauliköl, Wasser, eine

Wasseremulsion, Gas, eine Gasemulsion oder dergleichen sein. Die Druckkammern haben dabei unterschiedliche

Wirkflächen, d.h. die Querschnitte der einzelnen

Druckkammern unterscheiden sich voneinander so, dass die Wirkflächen im festen ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Zudem sind in den unterschiedlichen Druckkammern voneinander verschiedene Drücke einstellbar, vorzugsweise entweder ein Hochdruck oder ein Niederdruck.

Erfindungsgemäß ist jede Druckkammer durch mindestens ein Schaltventil mit einer Fluiddruckversorgung wahlweise verbindbar, so dass die Fluiddruckversorgung jede

Druckkammer mit entweder dem Hochdruck bzw. dem Niederdruck beaufschlagen kann.

Vorzugsweise ist die Fluiddruckversorgung dabei eine

Fluidhochdruckversorgung, mit der jede Druckkammer über das mindestens eine Schaltventil verbunden werden kann, wobei die Fluidhochdruckversorgung vorzugsweise durch eine gemeinsame Hochdruckleitung ausgeführt ist, die alle

Druckkammern gemein haben. Das bedeutet, dass alle

Druckkammern mit derselben Hochdruckleitung verbunden werden können, in der ein konstanter Hochruck vorliegt. Damit kann sichergestellt werden, dass jede Druckkammer mit demselben Hochdruck bzw. mit einem Hochdruck desselben Betrags beaufschlagt werden kann, um eine präzise Steuerung der Zylinder-Kolben-Einrichtung zu ermöglichen.

Weiterhin kann jede Druckkammer über ein neben dem

mindestens einen Schaltventil vorgesehenes, weiteres

Schaltventil mit einer Fluidniederdruckversorgung verbunden werden. Die Fluiddruckversorgung wird demnach alternativ zu der vorhergehend genannten Fluidhochdruckversorgung durch die Fluidniederdruckversorgung ausgeführt, wobei die

Fluidniederdruckversorgung weiter vorzugsweise durch eine gemeinsame Niederdruckleitung ausgeführt ist, die alle Druckkammern gemein haben. Das bedeutet, dass alle

Druckkammern mit derselben Niederdruckleitung verbunden werden können, in der ein konstanter Niederdruck vorliegt. Damit kann sichergestellt werden, dass jede Druckkammer mit demselben Niederdruck bzw. mit einem Niederdruck desselben Betrags beaufschlagt werden kann, um eine genaue Steuerung der Zylinder-Kolben-Einrichtung zu ermöglichen .

Die Kolben-Zylinder-Einrichtung der erfindungsgemäßen

Anordnung weist weiter vorzugsweise vier Druckkammern auf, wobei die Druckkammern unterschiedliche Wirkflächen bzw. unterschiedlich große Querschnitte aufweisen. Zudem wirken die Druckkammern in unterschiedliche Richtungen, d.h. die Druckkammern, die auf eine Unterseite des Kolbens, d.h. eine Unterseite des Kolbenbodens oder eines Kolbendeckels wirken, erzeugen eine Druckkraft zum Anheben des Kolbens, und die Druckkammern, die auf eine Oberseite des Kolbens, d.h. auf eine Oberseite des Kolbenbodens oder des

Kolbendeckels wirken, erzeugen eine Druckkraft zu Absenken des Kolbens, die entgegen der Druckkraft zum Anheben des Kolbens wirkt. Durch die auf diese Weise unterschiedlich ausgebildeten Druckkammern können also paarweise

entgegengesetzt zueinander wirkende Druckkräfte in den Druckkammern erzeugt werden, so dass sich eine letztendlich auf die Vorrichtung ausgeübte Kraft durch eine Summe der durch die einzelnen Druckkammern erzeugten Druckkräfte ergibt. Wenn beispielsweise beide zum Anheben des Kolbens wirkenden Druckkammern mit Hochdruck und beide zum Absenken des Kolbens wirkenden Druckkammern mit Niederdruck

beaufschlagt werden, resultiert eine Kraft aus dem

Druckverhältnis, die den Kolben anhebt und damit eine

Druckkraft auf die Vorrichtung ausübt. Das Ausmaß der resultierenden Druckkraft hängt dabei von dem Betrag des Hochdrucks bzw. dem Betrag des Niederdrucks ab.

Dadurch, dass jede der vier Druckkammern wahlweise entweder mit Hochdruck oder mit Niederdruck beaufschlagt werden kann, ergeben sich vorzugsweise 4 ² (4 ⁿ ; mit n= Anzahl der einstellbaren Zustände= 2), d.h. 16 verschiedene resultierende Kräfte bzw. Krafteinstellungen. Das bedeutet, dass durch Beaufschlagen einer jeden der vier Druckkammern mit einem von zwei voneinander verschiedenen Drücken (Hochoder Niederdruck) vorzugsweise 16 verschiedene

Krafteinstellungen der Kolben-Zylinder-Einrichtung

erzeugbar sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der

erfindungsgemäßen Anordnung ist jedes Schaltventil ein Digitalventil. Der Begriff „Digitalventil" steht dabei generell für ein Schaltventil, das zwischen zwei

aufeinanderfolgenden Zuständen direkt von dem ersten

Zustand, beispielsweise dem vollständig geöffneten Zustand, in den zweiten Zustand, beispielsweise den vollständig geschlossenen Zustand, und zurück verfahren werden kann. Wenn das Digitalventil vollständig geöffnet ist, wird es von dem gesamten Volumendurchsatz des von diesem Ventil zugelassenen Fluidstroms durchflössen. Im vollständig geschlossenen Zustand hingegen durchfließt das Ventil kein Fluidstrom. Ein derartiges Digitalventil wird daher auch als An-Aus-Ventil oder An-Aus-Digitalventil bezeichnet. Da Digitalventile also nur zwei Zustände (offen oder

geschlossen) aufweisen, arbeiten diese im Vergleich zu bekannten Servo- oder Proportionalventilen überaus schnell. Es sind auch Digitalventile bekannt, die mehr als zwei

Zustände aufweisen, beispielsweise ein Digitalventil mit drei Stellungen, wobei das Ventil in der ersten Stellung den Durchfluss in eine Richtung zulässt, in der zweiten Stellung den Durchfluss in eine andere Richtung zulässt, und in der dritten Stellung keinen Durchfluss zulässt bzw. den Durchfluss unterbindet (Aus-Zustand) .

Unter den An-Aus-Digitalventilen sind unter anderem zwei verschiedene Arten allgemein bekannt, und zwar die normal geschlossenen Digitalventile, die in schematischen Zeichnungen in der Regel mit NC (vom englischen Begriff „normally closed") gekennzeichnet sind, und die normal offenen Digitalventile, die in der Regel mit NO (vom englischen Begriff „normally open" ) gekennzeichnet sind. Die normal geschlossenen Digitalventile sind Ventile, die in einem unbetätigten Zustand, z.B. in einem Zustand, in dem bspw. kein Strom zu einem Schaltelektromagneten zugeführt wird, durch eine Feder oder dergleichen in eine

geschlossene Stellung (Aus-Stellung) gedrängt werden.

Normal offene Digitalventile hingegen sind Ventile, die in einem unbetätigten Zustand, z.B. in einem Zustand, in dem bspw. kein Strom zu einem Schaltelektromagneten zugeführt wird, durch eine Feder oder dergleichen in eine offene Stellung (An-Stellung) gedrängt werden.

Wesentliche Vorteile von Digitalventilen im Vergleich zu herkömmlichen Servo- oder Proportionalventilen sind unter anderem ein überaus schnelles Ansprechverhalten, der einfache Aufbau der Digitalventile und deren geringer Energieverbrauch, da kein ständiger Durchfluss von Fluid durch die Ventile erforderlich ist.

Weiter vorzugsweise kann die Fluidhochdruckversorgung der erfindungsgemäßen Anordnung eine Pumpe und einen

Druckspeicher aufweisen, um einen Fluidhochdruck zu

erzeugen, mit dem die Druckkammern beaufschlagt werden können, und die erfindungsgemäße Fluidniederdruckversorgung kann vorzugsweise einen Fluidtank aufweisen, der bei einem Ablassen eines Hochdrucks aus einer jeden der Druckkammern als Fluidauffangbehälter dient.

Die Vorrichtung, deren Position durch die erfindungsgemäße Anordnung zu steuern ist, kann eine druckkraftausübende Vorrichtung sein, und insbesondere eine Walze, die mit einer weiteren Walze einen Walzenspalt ausbildet, oder eine Walze, die als Belastungswalze für einen Aufroller zum Einsatz kommt, das heißt als Druckwalze, die gegen die immer dicker werdende Faserbahnschicht wirkt, die auf einer Rolle am Ende eines Faserbahnherstellungsprozesses

aufgerollt wird.

Neben der vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Position einer Vorrichtung ist des Weiteren erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ansteuern einer Kolben-Zylinder-Einrichtung vorgesehen, die mehrere Druckkammern aufweist, wobei die Druckkammern

unterschiedliche Wirkflächen haben, die im festen

ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und in denen voneinander verschiedene Drücke einstellbar sind, und wobei jede Druckkammer über mindestens ein Schaltventil

mit einer Fluiddruckversorgung wahlweise verbindbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist einen Schritt des Bestimmens einer durch die Kolben-Zylinder-Einrichtung auszuübenden Kraft auf, die auf die Vorrichtung zu

übertragen ist, sowie einen Schritt des Bestimmens der mit dem von der Fluiddruckversorgung gelieferten Druck zu beaufschlagenden Druckkammern der Kolben-Zylinder- Einrichtung zum Erzielen der auszuübenden Kraft und einen Schritt des Öffnens der Schaltventile der bestimmten

Druckkammern zum Beaufschlagen der bestimmten Kammern mit dem von der Fluiddruckversorgung gelieferten Druck.

Das Verfahren kann des Weiteren den Schritt des Schließens der geöffneten Schaltventile zu einem Zeitpunkt aufweisen, wenn die durch die Kolben-Zylinder-Einrichtung auszuübende Kraft erreicht ist. Dadurch kann der Druck in den

ausgewählten Druckkammern gehalten werden, so dass die auszuübende Kraft kontinuierlich auf die Vorrichtung wirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jede Druckkammer über das mindestens eine Schaltventil mit einer

Fluidhochdruckversorgung wahlweise verbindbar, die durch eine gemeinsame Hochdruckleitung ausgeführt sein kann, welche alle Druckkammern gemein haben. Alternativ dazu kann jede Druckkammer über ein weiteres Schaltventil mit einer Fluidniederdruckversorgung wahlweise verbunden werden, die durch eine gemeinsame Niederdruckleitung ausgeführt ist, welche alle Druckkammern gemein haben.

Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kolben-Zylinder-Einrichtung vier Druckkammern mit

unterschiedlichen Wirkflächen auf, durch die paarweise entgegengesetzt zueinander wirkende Druckkräfte erzeugbar sind, wie es bereits vorhergehend bei der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben ist. Das bedeutet, dass durch

Beaufschlagen einer jeden der vier Druckkammern mit einem von zwei voneinander verschiedenen Drücken vorzugsweise 16 verschiedene Krafteinstellungen der Kolben-Zylinder- Einrichtung erzeugt werden können. Bei dem

erfindungsgemäßen Verfahren ist jedes Schaltventil

vorzugsweise ein Digitalventil, wie es weiter oben

ausführlich beschrieben ist. Die Fluidhochdruckversorgung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst weiter

vorzugsweise eine Pumpe und einen Druckspeicher, und die Fluidniederdruckversorgung umfasst vorzugsweise einen

Fluidtank oder alternativ dazu ebenfalls eine Pumpe und einen Druckspeicher. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die zu steuernde Vorrichtung vorzugsweise eine

druckkraftausübende Vorrichtung, wie beispielsweise eine Walze, die mit einer weiteren Walze einen Walzenspalt ausbildet, oder eine Walze, die als Belastungswalze für einen Aufroller zum Einsatz kommt, das heißt als

Druckwalze, die gegen die dicker werdende Faserbahnschicht wirkt, die auf einer Rolle am Ende eines

FaserbahnherStellungsprozesses aufgerollt wird .

Weitere Aufgaben, Vorteile und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der

Beschreibung des nachfolgenden bevorzugten

Ausführungsbeispiels .

Weitere Aufgaben, Vorteile und Gesichtspunkte ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer

erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Position einer Vorrichtung mit einer dargestellten

fluiddruckgetriebenen Kolben-Zylinder-Einrichtung mit mehreren Druckkammern. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 zeigt eine in einer Papiermaschine zur Verwendung kommende Anordnung gemäß dem bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung, die einen durch ein Fluid angetriebenen Digitalzylinder 1 aufweist, wie er weiter oben beschrieben ist, sowie eine Leitungs- und

Ventilanordnung einschließlich eines Digitalventil-Reglers 2. Das den Digitalzylinder 1 antreibende Fluid kann

Hydrauliköl, Wasser, eine Wasseremulsion, Gas, eine Gasemulsion oder dergleichen sein. Der Digitalventil- Druckregler 2 besteht aus vier Paar Digitalventilen 233- 234, 243-244, 253-254 und 263-264, wobei jeweils ein

Digitalventil 233, 243, 253, 263 eines jeden

Digitalventilpaars 233-234, 243-244, 253-254, 263-264 ein normal geschlossenes Digitalventil ist und an eine

Fluidhochdruckleitung 3 angeschlossen ist, die mit einer Pumpen-Druckspeicher-Einheit 5 in Verbindung steht. Das andere Digitalventil 234, 244, 254, 264 der

Digitalventilpaare 233-234, 243-244, 253-254, 263-264 ist ebenfalls ein normal geschlossenes Digitalventil ist, das jedoch an eine Fluidniederdruckleitung 4 angeschlossen ist, die mit einem Fluidtank 6 in Verbindung steht. Jedes

Digitalventilpaar 233-234, 243-244, 253-254, 263-264 ist an eine Leitung angeschlossen, die mit der entsprechenden Druckkammer 13, 14, 15, 16 verbunden ist.

Demnach kann also die zum Anheben des Kolbens 12 wirkende Druckkammer 13 durch das Öffnen des Digitalventils 233 mit der Fluidhochdruckleitung 3 verbunden werden, um die

Druckkammer 13 mit einem aus der Pumpen-Druckspeicher- Einheit 5 stammenden, unter Hochdruck gehaltenen Fluid zu beaufschlagen, oder die Druckkammer 13 kann durch das

Öffnen des Digitalventils 234 mit der

Fluidniederdruckleitung 4 verbunden werden, um die

Druckkammer 13 mit einem aus dem Fluidtank 6 stammenden, unter Niederdruck gehaltenen Fluid zu beaufschlagen.

Entsprechend dazu kann die zum Absenken des Kolbens 12 wirkende Druckkammer 14 entweder durch das Öffnen des

Digitalventils 243 mit der Fluidhochdruckleitung 3 oder durch das Öffnen des Digitalventils 244 mit der

Fluidniederdruckleitung 4 verbunden werden, die zum

Absenken des Kolbens 12 wirkende Druckkammer 15 kann entweder durch das Öffnen des Digitalventils 253 mit der Fluidhochdruckleitung 3 oder durch das Öffnen des Digitalventils 254 mit der Fluidniederdruckleitung 4 verbunden werden, und die wiederum zum Anheben des Kolbens 12 wirkende Druckkammer 16 kann entweder durch das Öffnen des Digitalventils 263 mit der Fluidhochdruckleitung 3 oder durch das Öffnen des Digitalventils 264 mit der

Fluidniederdruckleitung 4 verbunden werden.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel die beiden zum Anheben des Kolbens 12 wirkenden Druckkammern 13 und 16 mit Hochdruck- Fluid aus der Hochdruckleitung 3 beaufschlagt werden, indem die Digitalventile 233 und 263 geöffnet werden, während die Digitalventile 234 und 264 stromlos geschlossen sind, und beide zum Absenken des Kolbens 12 wirkenden Druckkammern 14 und 15 mit Niederdruck-Fluid aus der Niederdruckleitung 4 beaufschlagt werden, indem die Digitalventile 243 und 253 geöffnet werden, während die Digitalventile 244 und 254 stromlos geschlossen sind, resultiert eine Kraft F aus dem Druckverhältnis, die den Kolben 12 anhebt und damit eine Druckkraft auf die mit dem Kolben 12 in Verbindung stehende Vorrichtung (nicht gezeigt) ausübt.

Die Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung in einer Faserbahnmaschine sein, beispielsweise eine Walze eines Walzenpaars, das einen Kalanderwalzenspalt in einer Papiermaschine ausbildet. Dabei wird die Position der Walze durch den Digitalzylinder verändert, das heißt die Relativstellung der durch den Digitalzylinder

bewegbaren Walze zu der anderen Walze des Walzenpaars kann durch den Digitalzylinder verändert werden. Auf diese Weise kann unter anderem der Spaltdruck in dem Walzenspalt des

Kalanders gesteuert werden. Alternativ zu der Kalanderwalze kann die zu positionierende Vorrichtung eine

Belastungswalze eines Aufrollers am Ende einer

Faserbahnmaschine, insbesondere einer Papiermaschine sein, wobei die durch die Maschine hergestellte Faserbahn mit dem Aufroller zu einer Faserbahnrolle aufgerollt wird. Um die bei dem Vorgang des Aufrollens immer dicker werdende

Faserbahnrolle kontrolliert aufrollen zu können, erzeugt die Belastungswalze kontinuierlich einen gezielten Druck auf die Oberfläche der Faserbahnrolle, wobei sich die

Position der Belastungswalze mit einem dicker Werden der Rolle von der Rolle wegbewegen muss, während der auf die Oberfläche aufzubringende Druck beibehalten werden soll. Diese Positionierung der Belastungswalze kann durch eine erfindungsgemäße Anordnung erreicht werden, wobei der Digitalzylinder die Positionierung der Belastungswalze ausführt .

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in einer

Papiermaschine beschränkt, sondern kann in jeder

Faserbahnmaschine bzw. in jeder Maschine zum Einsatz kommen, bei der die Position einer Vorrichtung energie- und damit kostensparend gesteuert werden soll.