AT511029A2

AT511029A2 - Verfahren zur regelung der bahnspannung in einem einen tänzer aufweisenden bahnspannungsabschnitt

Info

Publication number: AT511029A2
Application number: ATA1844/2011A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-08-15
Also published as: DE102010056295A1; AT511029A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einem einen Tänzer aufweisenden Bahnspannungsabschnitt, der von einem mittels eines Einzelantriebs angetriebenen Zentralwickler und einer Klemmstelle begrenzt wird, wobei eine Ist-Bahnspannung (Fist) in dem Bahnspannungsabschnitt auf eine Soll-Bahnspannung (FSoll) durch Ansteuerung der Tänzerkraft (FSoll) des Tänzers geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Bahnspannung (Fist) auf Grundlage eines Antriebsmoments (Mist) des Einzelantriebs und eines momentanen Durchmessers bzw. Radius (rakt) einer von dem Zentralwickler bewegten Warenbahnrolle bestimmt wird.

Description

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Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einem einen Tänzer aufweisenden Bahnspannungsabschnitt

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einem einen Tänzer aufweisenden Bahnspannungsabschnitt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Obwohl die Erfindung nachfolgend im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Druckmaschinen beschrieben wird, ist sie nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern vielmehr bei allen Arten von Bearbeitungsmaschinen verwendbar, bei denen die Warenbahn bzw. Materialbahn durch einen sog. Tänzer läuft, dessen Lage geregelt wird. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bahnspannungsregelung in Bearbeitungsmaschinen. Bei Bearbeitungsmaschinen, wie Druckmaschinen, wird neben bspw. einem Längs- und/oder Seitenregister oft auch die Bahnspannung geregelt oder eingestellt, um ein optimales Bearbeitungsergebnis zu erzielen. Eine bekannte Möglichkeit zur Bahnspannungsvorgabe, insbesondere für einen Wickler (Auf- oder Abwickeleinrichtung), bedient sich eines Tänzers, bei dem eine bewegliche Tänzerrolle die Bahnspannung einprägt. Ein Tänzer hat die vorteilhafte Eigenschaft, Unrundheiten im Bahnlauf innerhalb relativ großer Grenzen auffangen zu können, ohne dass es zu einer wesentlichen Veränderung der Bahnspannung käme.

Die Position der Tänzerrolle, die sog. Tänzerlage, wird von der Tänzerlageregelung durch Vorgabe der Wicklergeschwindigkeit auf einem Sollwert gehalten. Solange sich der Tänzer .-2 410- • ft « '# «ft • ft ft · · · · ft «ft 4 ft ««·*· innerhalb seiner beweglichen mechanischen Grenzen befindet, wird die Bahnspannung im Wesentlichen durch die Krafteinprägung bspw. einer Pneumatik oder Hydraulik aufrechterhahen. Dabei wird die Tänzerkrafl entweder eingestellt oder mit Hilfe einer gemessenen Ist-Bahnspannung geregelt, Die Messung der Bahnspannung im 5 Bahnspannungsabschnitt mit dem Tänzer erfolgt durch eine geeignete Erfassungseinrichtung, wie z.B. eine Kraftmessdose.

Die Bahnspannungsregelung durch einen Tänzer erfordert einen relativ großen konstruktiven Aufwand, da sowohl der Tänzer selbst als auch die Erfassungseinrichtung bereitgestellt werden ! 0 müssen. Es ist daher wünschenswert, eine Bahnspannungsregelung durch einen Tänzer zu vereinfachen.

Offenbarung der Erfindung 15 Erftndungsgemäß wird ein Verfahren zur Bahnspannungsregelung durch einen Tänzer gemäß

Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung 20

Strukturbedingt ist die Bahnspannungseinprägung durch den Tänzer relativ träge und ungenau. Der Aufwand für eine Messung der Ist-Bahnspannung kann dabei eingespart und eine einfachere Bestimmung der Fst-Bahnspannung erreicht werden, wenn die Ist-Bahnspannung für den den Tänzer aufweisenden Bahnspannungsabschnitt (Tänzerabschnitt) nicht direkt 25 gemessen, sondern lediglich aus anderen, üblicherweise ohnehin bekannten oder zumindest einfacher messbaren Größen berechnet wird. Die Bahnspannung ergibt sich aus der vom Zentralwickler aufgebrachten Zugkraft, welche sich wiederum besonders einfach (Hebelgesetz) aus dem momentanen Antriebsmoment und dem momentanen Durchmesser bzw. Radius der gewickelten Warenbahnrolle ergibt. Das Antriebsmoment ist in der Maschinensteuerung 30 üblicherweise bekannt, da es sich aus dem Antriebsstrom ergibt. Der Rollendurchntesscr kann bspw. auf einfache Weise gemessen werden oder wird aus der Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Wicklers bestimmt. Als Bcrechnungsgrundlage kann bspw. eine Mess fahrt herangezogen werden. Durch die Einsparung der Erfassungseinrichtung werden Herstellungskosten und Wartungskosten verringert, da die Erfassungseinrichtung im Tänzerabschnitl eingespart werden kann. Weiterhin eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, in bestehenden Systemen, in denen bisher keine Bahnspamnmgsregelung durch den 'Tänzer stattfand, eine solche vorzusehen. Damit kann auch in bestehenden Systemen der Bahneinzug oder Bahnauszug verbessert werden. Unter einer Regelung der Bahnspannung wird 5 insbesondere auch die mittelbare Regelung über eine gleichwirkendc Größe, hier insbesondere die Tänzerkraft, verstanden. im vorliegenden Fall wird der Tan/erabsehnitt durch einen Zentralwickler und eine Klemmstelle begrenzt, die die Warenbahn form- oder kraftsehlüssig einklemmt und daher eine 10 ßahnspannung in die Warenbahn einprägen kann. Bei einer Druckmaschine wird eine Klemmstelle beispielsweise von einem Druckwerk, bei dem eine kraftschlüssige Einheit zwischen dem angetriebenen Druckzylinder, dem Presseur und der Materialbahn besteht, oder natürlich auch von einem Zugwerk (bspw. Infeed, Outfeed) gebildet. 15 Wird zusätzlich ein Reibmoment des Zentralwicklers berücksichtigt, kann die

Bestimmungsgenauigkeit weiter erhöht werden. Für die Berechnung wird dann das um das Reibmoinent korrigierte Antriebsmoment herangezogen. Die Berücksichtigung des Reibmoments kann in unterschiedlichen, bevorzugten Ausgestaltungen erfolgen. Dabei kann das Reibmoment modelliert werden als konstante Reibung, geschwindigkeitsabhängige 20 Reibung (geschwindigkeitsproporlional oder mittels einer vorgebbaren, geschwindigkeitsabhängigen Kennlinie) und/oder als wickelmassenabhängige Reibung (proportional zur Wickelmasse, welche wiederum vom Durchmesser abhängt).

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, 25 insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzufuhren.

Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausfiihrende Recheneinheit noch 30 fiir weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogranims 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. ' .4 / .ΙΌ - • « · • · * · » » · t • · *«····

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausfuhrungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Fi gurenbe Schreibung

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bearbeitungsmaschine mit einem Abwickler, einem Tänzer und einem Einzugswerk, wobei die Bahnspannung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geregelt wird.

Figur 2 zeigt schematisch eine Bahnspannungsregelung gemäß einer ersten

Aus Führung s form der Erfindung,

Figur 3 zeigt schematisch eine Bahnspannungsregelung gemäß einer zweiten

Ausführungsform der Erfindung.

Ohne Einschränkung wird nachfolgend eine Bahnspannungsregelung für einen Abwickelvorgang beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung ebenso für einen AufwickelVorgang verwendbar ist.

Ln Figur 1 ist ein Ausschnitt einer balmverarbeitenden Maschine 100 schematisch dargestellt, wobei eine Warenbalm 101 von einem als Zentral Wickler ausgebildeten Abwickler 102 abgewickelt wird und über einen Tänzer 110 einem Einzugswerk 103 zugeführt wird. Auf dem Abwickler 102 ist eine Warenbahnrolle 104 mit einem Durchmesser D aufgewickelt, der sich während des Abwickelns kontinuierlich reduziert. Der Antrieb des Abwicklers, üblicherweise *'.-5 /.10 - ** *·«»«*· · * #* ein Servomotor, wendet ein Antriebsmoment M auf, das bspw, auf Grundlage des Motorstroms bestimmt werden kann.

Der Tänzer 110 umfasst zwei ortsfeste Umlenkrollen 11 l sowie eine bewegliche Tänzerrolle 5 j 12, die eine Kraft Fund damit eine Bahnspannung in die Warenbahn einprägt. Der "] anzerlage-lslwerl x wird erfasst und an eine Regeleinrichtung (Recheneinheit) 150 übermittelt, welche insbesondere zur Regelung der Tänzerlage eingerichtet ist. Aufgabe der Tänzerlageregelung ist es, die Position der Tänzerrolle 112 auf einer Soll-Position zu halten. Dazu ist die Drehzahl n des Abwicklers 102 von der Regeleinrichtung 150 beeinflussbar. Die 10 Tänzerlageregelung ist unabhängig von der Erfindung.

Zwischen dem Abwickler 102 und dem Einzugswerk 103 ist ein Bahnspannungsabschnitt Al mit einer Bahnspannung S1 ausgebildet (auch als Tänzerabschnitt bezeichnet), dessen Bahnspannung S1 durch Vorgabe der Tänzerkraft F von einer Regeleinrichtung 15 (Recheneinheit) 160 eingestellt wird.

Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Regeleinrichtung 160 dazu eingerichtet, den für die Bahnspannungsregelung des Tänzerabschnitts Al maßgeblichen Istwert S1 der Bahnspannung aus dem Antriebsmoment M fiür den Zentralwickler 102 20 (vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Reibmoments) und dem momentanen Durchmesser D (bzw. aus dem Radius D/2) zu bestimmen.

Es sei bemerkt, dass die Regeleinrichtungen 150 und 160 in einer oder auch mehreren Recheneinheiten verwirklicht sein können. 25

Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. In den Figuren 2 und 3 sind Regelschemata zur Durchführung der Erfindung abgebildet, wie sie einer Regeleinrichtungen 160 zugrunde liegen können. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur einmal erläutert. 30 ln Figur 2 ist ein erstes, einfaches Reglerschema dargestellt, das bei einer Bearbeitungsmaschine 100 gemäß Figur 1 dazu dient, die Tänzerkraft Fis>, (und damit mittelbar die Bahnspannung) auf einen Sollwert Psun zu regeln. Erfindungsgemäß wird für die Regelung als Rückführgröße jedoch nicht ein Messwert verwendet, sondern der Istwert der Tänzerkraft e/.ro- t · · IM»

Fist wird im Rahmen der Erfindung aus dem Istwert des Antriebsmoments Mjs, und dem aktuellen Durchmesser bzw, Radius r^, der Warenbahnrolle 104 bestimmt. Bei der hier dargeslellten AusFiihningslbrm wird das Antriebsmoment mit dem reziproken Radius multipliziert und einem Vergleich mit der Führungsgröße bzw. dem Sollwert FS(,,| zugefiihrt. Wird ein Reibmoment MR<.;b berücksichtigt, ergibt sich der Istwert der Tänzerkraft zu F = (Mis, ~ -VI Kc:h) ‘ rHk,

Die hieraus bestimmte Regeldifferenz wird einem Regelglied 200 zugeführt, welches beispielsweise als Pl-Glied ausgefiihrt sein kann. Dem Kraft-Regelkreis ist im vorliegenden Beispiel ein Druck-Regelkreis unterlagert, welcher schematisch durch ein Regelglied 210 dargestellt ist. Das Regelglied 210 dient zur Regelung des Drucks in einer Pneumatik oder Hydraulik des Tänzers und ist in vorliegendem Beispiel als PT1 -Glied dargestellt.

Der Kraft-Regler 200 gibt einen Sollwert PSo]| für den Druck aus, der dem Druckregler 210 zugeführt wird. Dieser wiederum gibt den auf die Tänzerpneumatik 220 wirkenden Ist-Druck Pi5t aus. Durch Veränderung des Ist-Drucks kommt es zu einer Veränderung der vom Tänzer 110 auf die Warenbahn 101 ausgeübten Kraft Fjs1, welche über das Elastizitätsmodul direkt zu einer Veränderung der Bahnspannung führt. ln Figur 3 ist ein weiteres bevorzugtes Reglerschema dargestellt, das sich durch die Berücksichtigung von Totzeiten und eine Glättung des Antriebsmoments von der Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet. Bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 wird die Totzeit T2, die von der Bestimmung des Antriebsmoments aus dem Antriebsstrom und/oder aus der Übertragung des Messwerts an die Regeleinrichtung herrührt, in einem Glied 310 berücksichtigt.

Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird das gemessene oder bestimmte Antriebsmoment MiSl weiterhin geglättet, indem beispielsweise ein gleitender Mittelwert bestimmt wird und/oder eine Tiefpassfilterung stattfindet. Diese Glättung führt ebenfalls zu einer Zeitverschiebung, die als T3 in einem Glied 320 berücksichtigt wird. Die Streckentotzeit TI, welche einen Zeitverzug zwischen der Ansteuerung der Tänzerpneumatik und der davon verursachten Änderung der Tänzerkraft beschreibt, wird in einem weiteren Glied 330 berücksichtigt.

Durch die Berücksichtigung der einzelnen Tot- und Verzugszeiten kann die Qualität der Regelung verbessert werden. Die Tot- und Verzugszeiten werden in bevorzugter Austuhrungsform vom Anwender in die Regeleinrichtung cingcgeben.

Die im Rahmen der Erfindung modulierten Regelkreisschemata können bevorzugterweise dazu verwendet werden, automatisch, insbesondere ebenfalls innerhalb der Regeleinrichtung 160, Reglerparameter (ProportionalVerstärkung, Nachstellzeit, Vorhaltezeit, usw.) automatisch, insbesondere nach bekannten Auslegungskriterien, wie z.B. Ziegler-Nichols oder Chien,

Hrones und Reswiek zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Einrichtung der Anlage für den Benutzer besonders einfach gestaltet werden, da dieser keine besonderen regelungstechnischen Kenntnisse aufweisen muss.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Benutzer lediglich einen Parameter einzustellen hat, welcher beispielsweise proportional in die automatisch bestimmten Reglerparameter eingeht, um auf diese Weise eine "Reglerschärfe" vorzugeben, d.h. hierdurch das dynamische Verhalten des Regelkreises zu beeinflussen. Vorteilhaft hieran ist, dass dieser Faktor auch bei unterschiedlichen Wickelanlagen vergleichbar eingestellt werden kann, da die Unterschiede der Wickelaniagen in den zur Berechnung verwendeten Parametern (Verstärkungen, Zeitkonstanten,...) bereits enthalten sind bzw. durch diese kompensiert werden.

Beispielsweise können die Reglerparameter im Anfahrvorgang der Maschine mit höherer Dynamik eingestellt werden, da hier oftmals mehr Wert auf kurze Einschwingzeit und nicht auf Gutprodukte gelegt wird. Im Konstantlauf, wenn Gutprodukte produziert werden, werden die Reglerparameter mit merklich geringerer Dynamik eingestellt, um eine konstantere Balmspannung (bzw. Balmdehnung) zu erhalten. Auf diese Weise kann auch eine Optimierung der Regelung auf Störverhalten, wie es für den Normalbetrieb bevorzugt ist, oder auf Führungsverhalten, wie es beispielsweise für den Einrichtbetrieb bevorzugt ist, vorgesehen sein.

Claims

• » · · ι» * · -. 8 / .1*0 - Ansprüche [. Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einem einen Tänzer (110) aufweisenden Bahnspannungsabsehnitt (Al). der von einem milteis eines Binzeiantriebs angetriebenen Zentralwickler (102) und einer Klemm stelle (103) begrenzt wird, wobei eine lst-Bahnspannung (S1; F,S|) in dem Bahnspannungsabschnitt (Al) auf eine Soll-Bahnspannung (Fs„h) durch Ansteuerung der Tänzerkraft (F^i) des Tänzers (110) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Bahnspannung (S1; Fist) auf Grundlage eines Anlriebsmoments (Mist) des Einzelantriebs und eines momentanen Durchmessers bzw. Radius (D; rakl) einer von dem Zentralwickler (102) bewegten Warenbahnrolle (104) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ist-Bahnspannung (Sl; Flst) mittelbar über die Tänzerkraft (FSon) des Tänzers (110) geregelt wird und dabei eine Ist-Tänzerkraft (Fisl) des Tänzers (110) aus dem Antriebsmoment (Mist) des Einzelantriebs und dem momentanen Durchmessers bzw. Radius (D; rakt) der von dem Zentralwickler (102) bewegten Warenbahnrolle (104) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die eine Ist-Bahnspannung (Sl; F^,) bzw. die Ist-Tänzerkraft (F,,;) zusätzlich auf Grundlage eines Reibmoments des Einzelantriebs bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Reibmoment einen konstanten und/oder geschwindigkeitsabhängigen Anteil beinhaltet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der geschwindigkeitsabhängige Anteil einen Anteil proportional zur Geschwindigkeit und/oder einen kennlinienbasierten Anteil beinhaltet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Reibmoment einen wickelmassenabhängigen Anteil beinhaltet.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Druckreglerverstärkung, wenigstens ein die Pneumatik-Mechanik kennzeichnender Parameter, * *» 9 /.PO - wenigstens eine Streckentotzeit (TI), wenigstens eine Übertragungstotzeit (T2) und/oder wenigstens eine Glättungstotzeit (T3) bei der Regelung berücksichtigt werden.
8. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden 5 Ansprüche durchzuführen.
9, Recheneinheit nach Anspruch 8, die dazu eingerichtet ist, eine Reglerparametrierung automatisch durchzuführen.
10. Recheneinheit nach Anspruch 9, die dazu eingerichtet ist, die Reglerparametrierung automatisch anhand von Anwendereingaben, wie z.B. einer Druckreglerverstärkung, einem die Pneumatik-Mechanik kennzeichnenden Parameter, einer Streckentotzeit (TI), einer Übertragungstotzeit (T2) und/oder einer Glättungstotzeit (T3), durchzuführen.
11. Recheneinheit nach Anspruch 9 oder 10, die dazu eingerichtet ist, die Reglerparametrierung automatisch anhand eines einzugebenden Dynamikfaktors durchzuführen, welcher das dynamische Verhalten des Regelkreises beeinflusst.
12. Recheneinheit nach einem der Anspruch 9 bis 11, die dazu eingerichtet ist, die 20 Reglerparametrierung automatisch anhand eines Maschinenzustandes durchzuführen.

9. De2, 201t