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Papier-/Druckindustrie

Präzise positionieren bei hoher Produktionsgeschwindigkeit

| Autor/ Redakteur: Hanserdmann von Biedersee / Udo Schnell

Was bei der Papierherstellung zählt, sind Wirtschaftlichkeit, Qualität und Zukunftsorientierung bis ins kleinste Detail. Jede Komponente muss sich ohne Probleme in das Gesamtkonzept einer Anlage einfügen und innovative Technik bieten. Entscheidende Vorteile bei der Maschinenkonstruktion und -nutzung erzielen magnetostriktive Positionssensoren durch die Multi-Positionsmessung.

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Aufnahmen der Messerposition an einer Schneidepartie mit einem magnetostriktiven Sensor in Profilbauform. Bild: Voith
Aufnahmen der Messerposition an einer Schneidepartie mit einem magnetostriktiven Sensor in Profilbauform. Bild: Voith
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Anforderungen an die in der Papierindustrie eingesetzte Messtechnik steigen: Unterschiedliche Papierqualitäten, verschiedene Rollendurchmesser und Formate müssen je nach Kundenwunsch bewältigt werden. Dabei bewegen sich die Papierbahnen mit immer höherer Produktionsgeschwindigkeit durch die Anlagen. Nur ein entsprechend hoher Automatisierungsgrad mit der richtigen Kombination aus bewährter Mechanik, schneller Aktorik und hochauflösenden Sensoren gewährleistet eine optimale Steuerung und beste Produktionsergebnisse.

Die Steuerungs- und Positionieraufgaben in der Papierindustrie sind vielfältig. Beispielsweise bei hochautomatisierten Rollenschneidmaschinen, die Papierbahnen je nach Größenwunsch des Kunden in kleinere Einzelbahnen schneiden und diese zu Fertigrollen aufwickeln. Eine Längsschneide-Einrichtung zwischen Mutterrolle und Aufwicklung bringt im Einzelmesserverfahren die Papierbahnen mit automatischer Positionierung der Messerschlittenpaare auf Breite. Ober- und Untermesser können unabhängig voneinander verstellt werden, weil die Messerschlitten an zwei separate Bänder ankoppeln. Die Vorpositionierung erfolgt zunächst für alle Messer gleichzeitig, bei der nachfolgenden Feinpositionierung wird dagegen jedes Messer einzeln verfahren.

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Die präzise Positionierung der Messerschlitten ist entscheidend für das Produktionsergebnis, weil nur eine hochgenaue Schnittführung die vom Kunden gewünschte Bahnbreite exakt erzeugt. Zudem verhindert sie einen unbeabsichtigten Kontakt der Ober- und Untermesser und somit ein vorzeitiges Stumpfen der Klingen.

Deshalb sind an dieser Stelle zum Erfassen der Position hochauflösende Messsysteme mit bester Linearität gefragt. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten und muss die Sensorik außerdem durch hohe Dynamik, Messraten und Übertragungsgeschwindigkeiten überzeugen. Ein schnelles Verfahren von einer Position in die nächste reduziert teure Rüstzeiten. Enorme Kapazitäten erfordern äußerst bediener- und wartungsfreundliche Techniken, die eine präzise Schnittbreitenverstellung über Jahre hinweg gewährleisten.

Messer verfahren sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung

Doch nicht nur bei Längsschneide-Einrichtungen von Rollenschneidern kommt es auf die exakte Positionierung der Messer an. Im Bereich des Zeitungsdrucks verfahren die Messer oft sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Die Schneideeinheit befindet sich meist direkt nach dem Druckvorgang, wobei die einzelnen Messer unabhängig voneinander arbeiten.

Außer Positionierungsaufgaben an Schneideeinheiten gibt es in der Papierindustrie eine Vielzahl weiterer Anwendungen für innovative Sensorik – je nach Anlagentyp und Produktionstechnik verschieden. Zu nennen sind zum Beispiel die Walzenpositionierung, Papierführungssteuerungen, die Positionierung von Aufwickelvorrichtungen oder die Überwachung der Messerbewegung zur Rolle hin.

Die ideale Lösung für viele Positionieraufgaben in der Papierindustrie sind Sensoren, die parallel mehrere Werte mit einem Messsystem aufnehmen können – wie die Positionssensoren der Marke Temposonics von MTS. Bis zu 20 Wege nimmt ein Sensor der R-Serie mit CAN-, Profibus- oder Ether-CAT-Schnittstelle gleichzeitig auf. Damit sind die absolut messenden Wegaufnehmer einzigartig auf dem Markt. Sollen Positions- und Geschwindigkeitswerte gleichzeitig gemessen werden, können bis zu fünf Signale simultan erfasst werden.

Berührungsloses Bestimmen des Messpunktes

Basis aller Temposonics-Linearwegsensoren ist die von MTS erfundene magnetostriktive Messtechnik. Bei dieser Art der Positionsbestimmung fährt ein passiver Positionsgeber – ein Dauermagnet – mechanisch entkoppelt über das Sensorrohr/-profil mit dem Messelement und markiert durch dessen Wand hindurch exakt und berührungslos den Messpunkt des bewegten Maschinenteils. Die Verwendung eines Kabelschlepps, wie bei anderen Messverfahren notwendig, entfällt.

Zum simultanen Erfassen mehrerer Positionswerte mit einem Sensor, nutzen die Temposonics ein Multimagnet-System: Je nach Anzahl der zu bestimmenden Positionen fahren bis zu 20 Magnete, die alle ein individuelles Signal erzeugen, über den Messstab des Sensors. Jedem Magnet ist ein Maschinenteil fest zugeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei Magneten minimal 75 mm betragen muss. Weil die Magnete nebeneinander über das Sensorgehäuse gleiten, behalten sie in der laufenden Produktion ihre Reihenfolge untereinander bei. Die Ausführung der R-Serie mit Multimagnet-Messung ersetzt so mit nur einem Sensor bis zu 20 Mehrfachendschalter oder lineare Sensoren an einer gemeinsamen Achse und bietet dem Anwender ein Plus an Messinformation zum kleineren Preis.

Das magnetostriktive Messprinzip besitzt außer der Multipositions-Messung einen weiteren, entscheidenden Vorteil. Weil die Wegerfassung auf magneto-mechanischen Effekten beruht, ist zum Messen der Position kein direkter Kontakt zwischen dem positionsgebenden Magnet und dem Messelement notwendig. Deshalb nehmen diese Posititionssensoren Verfahrwege vollständig berührungslos und verschleißfrei auf. Für den Anlagenbetreiber bedeutet das reduzierten Wartungsaufwand und geringere Stillstandzeiten selbst bei hohen Produktionskapazitäten.

Übertragungsgeschwindigkeit bis 100 Mbit/s ist möglich

Die leistungsstarke, integrierte Elektronik des Sensors liefert in Kombination mit bester Störfestigkeit und EMV-Schutz Messergebnisse von hoher Genauigkeit. Mit einer Linearität besser ±0,01 % F.S. und einer Auflösung bis herab zu 1 µm lassen sich Messer, Walzen oder Aufwickelvorrichtungen an Papiermaschinen präzise positionieren. Mit möglichen Messraten bis 10 kHz und Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 100 Mbit/s (Beispiel Ether-CAT) ist die R-Serie ein Garant für Dynamik.

So verschieden wie die Anlagen in der Papierindustrie, so vielfältig sind die Ausführungen der magnetostriktiven Sensoren von MTS. Außer einem flexiblen Gehäuse für kurvenförmige Messstrecken (Bauform RF) stehen die Stabbauform beispielsweise für die Integration in Hydraulikzylinder (Bauform RH) oder ein Profilgehäuse zur äußeren Montage an der Maschine (Bauform RP) zur Verfügung. Auch das breite Messlängenspektrum von 25 bis 20 000 mm, direkte Ausgänge für Weg und Geschwindigkeit und die Schnittstellenvielfalt (Analog, SSI, CAN-Bus, Profibus-DP, Device-Net und Ether-CAT) der Positionssensoren führen zu einer hohen Anwendungsflexibilität. Zur Einstellung und Diagnose haben die Sensorköpfe der Temposonics-R-Serie jetzt eingebaute LED.

Aufgrund ihrer Vorteile überzeugen diese Positionssensoren als Schlüsselkomponenten in vielen Anwendungsbereichen der Papierindustrie. Bei der Längsschneide-Einrichtung von Rollenschneidern ist an jedem Messerschlitten ein Positionsmagnet montiert. Zwei Sensoren der R-Serie in Stabbauform nehmen, parallel zur Mutterrolle montiert, die Positionen der Ober- und Untermesser auf. Bei der automatischen Messerpositionierung können die Messer so gemeinsam oder einzeln mit einer hohen Genauigkeit von < ±0,01% der gesamten Messlänge (standardmäßige Linearität) im Abstand der Formatbreite angeordnet werden.

Bei Neuanfahrt der Anlage keine Nachkalibrierung nötig

Die absolute Positionserfassung der magnetostriktiven Technik ermög-licht das Verfahren der Messer ohne Referenzanfahrt direkt aus der vorhandenen in eine neue Position. Auch bei Neuanfahrt der Anlage nach Stromausfall, Stillsetzung oder Nachschliff der Messer entfällt eine Nachkalibrierung und mit einer Widerholgenauigkeit < ±0,001 % F.S. setzt das Messer wieder an der richtigen Stelle an. Besonders wichtig ist diese Tatsache bei Anlagen mit vielen Umrüstungen. In einem konkreten Beispiel konnte die Umrüstzeit um 66% verkürzt werden. Statt die Positionen der Schneideeinheiten mit mehreren induktiven Gebern einzeln zu ermitteln, werden die Positionen jetzt simultan aufgenommen. Ergebnis ist eine schnelle, präzise Schnittbreitenverstellung.

Auch beim Bestimmen mehrerer horizontaler und vertikaler Messerpositionen im Zeitungszuschnitt bringt die Multipositions-Messung Zeit- und Kostenvorteile. Die Messer besitzen auch dabei jeweils einen eigenen Positionsmagneten und arbeiten unabhängig voneinander. Zwei Sensoren der R-Serie in Profilbauform sind im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei ein Sensor die horizontalen Bewegungen, der andere die vertikalen Bewegungen aufnimmt.

Hanserdmann von Biedersee ist Leiter des technischen Marketings der MTS Sensor Technologie GmbH, 58513 Lüdenscheid, Tel. (0 23 51) 95 87-0, info@mtssensor.de

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