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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bahnverarbeitende Maschine
und ein Verfahren zu deren Steuerung bzw. Regelung. Aus dem Stand der
Technik sind diverse bahnverarbeitende Maschinen bekannt wie beispielsweise
Druckmaschinen, Verpackungsmaschinen, Folienreckmaschinen oder Maschinen
für Stoffbearbeitung. Dabei ist es bekannt, dass derartige
Maschinen oft eine Vielzahl von Transportwalzen aufweisen, welche
das zu bearbeitende Material transportieren. Diese Walzen sind dabei üblicherweise
mit gesteuerten Antrieben versehen, wobei die Antriebe dabei teilweise
Spannungen des zu verarbeitenden Materials berücksichtigen.
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Genauer
gesagt sind bisher Bahnspannungsregelungen bzw. Registerregelungen
bekannt, die in ihrer Reglerstruktur bzw. Reglerparameterauslegung
bzw. Parameteradaption von einem geschwindigkeitsunabhängigen
Elastizitätsmodul (im Folgenden E-Modul) der Warenbahn
ausgehen. Die Annahme eines derartigen geschwindigkeitsunabhängigen
Elastizitätsmoduls führt jedoch zu teilweise nicht
optimalen Reglerparametrierungen. Aus der
DE 10 2005 056 802 A1 ist
eine Regelung der Bahnspannung einer Warenbahn bekannt. Dabei werden
Regelkreisparameter eines Bahnspannungsreglers gemäß einer
als Funktion und/oder an mehreren Stützstellen vorgebbaren
Kennlinie bestimmt.
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Bisherige
bekannte Bahnspannungsregelungen bzw. Registerregelungen gehen dabei
davon aus, dass ein lineares Verhältnis zwischen der Bahnspannung
und der Bahndehnung besteht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Regelverhalten
von Bahnspannungs- und Registerregelungen auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten
zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche
1 und 11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben
einer bahnverarbeitenden Maschine wird mit wenigstens einer ersten
angetriebenen Transportwalze eine Materialbahn transportiert und weiterhin
wird auch mit einer zweiten Transportwalze die Materialbahn transportiert
und weiterhin ist eine Bearbeitungseinheit vorgesehen, welche die
Materialbahn bearbeitet. Dabei weist wenigstens eine Transportwalze
eine Antriebseinrichtung auf und wenigstens eine Antriebseinrichtung
wird von einer Regeleinrichtung geregelt, wobei die Regelung dieser Antriebseinrichtung
in Abhängigkeit von Dehnungseigenschaften der Materialbahn
erfolgt. Erfindungsgemäß wird bei der Berücksichtigung
der Dehnungseigenschaften der Materialbahn auch eine Dämpfung bzw. Änderung
oder Nichtlinearität dieser Eigenschaften berücksichtigt.
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Unter
einer Bearbeitung der Materialbahn kann beispielsweise ein Schneiden
der Materialbahn, ein Bedrucken der Materialbahn, ein Erwärmen
der Materialbahn oder dergleichen verstanden werden. Während
aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen von einem linearen
Verhältnis zwischen der Bahnspannung und der Bahndehnung
ausgehen d. h. allenfalls eine elastische Dehnung (bzw. konstante Elastizitätsmodule)
zugrundelegen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
auch eventuell nicht lineare Dehnungen zu berücksichtigen
sowie auch plastische Verformungen etwa in Form eines Fließens
der Materialbahn.
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Weiterhin
wird im Stand der Technik lediglich ein zeitunabhängiges
Dehnverhalten der Bahn berücksichtigt d. h. es wird eine
ideale Hook-sche Dehnung ohne jegliches Dämpfungsverhalten
zugrundegelegt. Damit wird eine Dämpfung der Material-
bzw. Warenbahn bei der Ermittlung bzw. Adaption von Regel- bzw.
Reglerparametern nicht berücksichtigt d. h. es werden keine
Zeitkonstanten berücksichtigt, die durch das Material herein
gebracht werden und welche sich insbesondere bei höheren
Bearbeitungsgeschwindigkeiten auswirken.
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Erfindungsgemäß berücksichtigt
die Regelung auch das Materialverhalten in der Art einer gedämpften
Feder. Dabei wird bevorzugt das Materialverhalten der Materialbahn
(die Kennwerte für eine gedämpfte Feder) direkt
in der Druckmaschine bestimmt.
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Mit
anderen Worten wird das Dämpfungsverhalten der Warenbahn
bzw. Materialbahn bei der Auslegung der Reglerparameter bzw. der
Adaption von Reglerparametern berücksichtigt und es erfolgt eine
geschwindigkeitsabhängige Adaption.
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Bei
dem bevorzugten Verfahren werden zur Regelung der Antriebseinrichtung
in einer Speichereinrichtung hinterlegte Werte bzw. Kennlinien verwendet.
Diese Kennlinien können sich dabei aus funktionalen Zusammenhängen
ergeben, es wäre jedoch auch möglich, dass Kennwertsätze
mit einander zugeordneten Kennwerten hinterlegt sind. Dabei ist
es möglich, dass entsprechende Reglerparameter geschwindigkeitsabhängig
optimiert werden, indem in der Steuerung vorab berechnete geschwindigkeitsabhängige
Kennlinien für die Regel bzw. Reglerparameter hinterlegt
sind. Auf diese Weise ist eine sehr schnelle Reaktion auf das unterschiedliche
Verhalten der zu verarbeitenden Bahn möglich. Auch ist es
möglich, das Materialverhalten der zu verarbeitenden Bahn
dämpfungsabhängig in der Regelung zu hinterlegen,
wobei aus diesen hinterlegten Materialverhalten vorzugsweise online
Regel- bzw. Reglerparameter ermittelt oder adaptiert werden können.
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Auch
wäre es möglich, das Materialverhalten als geschwindigkeitsabhängige
Kennlinie in der Regelung zu hinterlegen. Damit ist bei diesem bevorzugten
Verfahren wenigstens eine Kennlinie eine geschwindigkeitsabhängige
Kennlinie.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Elastizitäts-Modul
wenigstens eines Bereichs der Materialbahn in Abhängigkeit
von einer Transportgeschwindigkeit der Materialbahn bestimmt. Diesem
bevorzugten Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich auch
das Elastizitäts-Modul in Abhängigkeit von der
Transportgeschwindigkeit und damit der Bearbeitungsdauer für das
Material ändern kann.
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Unter
den Dehnungseigenschaften der Materialbahn wird insbesondere das
oben erwähnte Elastizitäts-Modul oder sich aus
diesem Elastizitäts-Modul ergebene Größen
verstanden.
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Bevorzugt
wird bei der Ermittlung der Dehnungseigenschaften (bzw. der Federkonstanten
bei der Ermittlung der Regel-/Reglerparameter) wenigstens eine physikalische
Größe berücksichtigt, welche bevorzugt
aus einer Gruppe von physikalischen Größen ausgewählt
ist, welche eine Temperatur des Materials, eine Umgebungstemperatur,
eine Feuchtigkeit des Material, eine relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung,
Kombinationen hieraus oder dergleichen enthält.
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Insbesondere
ist es für eine exakte Bewertung der Dehnungseigenschaften
hilfreich, mehrere der genannten Eigenschaften wie beispielsweise
sowohl die Temperatur des Materials als auch eine Transportgeschwindigkeit
des Materials zu berücksichtigen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren werden bei der Ermittlung der
Dehnungseigenschaften nichtlineare Dehnungseigenschaften bzw. Effekte der
Materialbahn berücksichtigt. Besonders bevorzugt werden
die oben genannten Eigenschaften und insbesondere ein Temperatureinfluss
auch bei der Bestimmung einer Zeitkonstante des Materialverhaltens
berücksichtigt. Dabei ist es auch möglich, dass in
dem Verfahren Beobachtungseinrichtungen eingesetzt werden, welche
die Reglerauslegung weiter optimieren und auch das zugrundegelegte
Materialmodell besser anpassen.
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Allgemein
kann die Bahn aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen wie
beispielsweise aus Papier, Stoff, Pappe, Folie, insbesondere Kunststoff
und/oder Metallfolie, aus Gummi oder dergleichen. Bei den Maschinentypen
handelt es sich bevorzugt, wie oben erwähnt, um Maschinen
wie Rollendruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen,
Verarbeitungsmaschinen wie beispielsweise Briefumschlagsmaschinen,
Folienreckmaschinen, Verpackungsmaschinen und dergleichen. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um Bahnverarbeitende Maschinen mit langen
Bahnwegen die insbesondere eine Vielzahl von Walzen bzw. Wellen
oder sonstigen Transporteinrichtungen aufweisen.
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Beispiele
für die oben genannten nichtlinearen Dehnungseigenschaften
können beispielsweise eine plastische Verformung oder eine
nicht lineare Dehnungskennlinie sein.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens eine physikalische
Eigenschaft der Materialbahn mittels einer Messeinrichtung bestimmt und
die Messeinrichtung gibt mindestens einen Wert aus, der für
die physikalische Eigenschaft der Materialbahn charakteristisch
ist, wobei dieser Wert bei der Ermittlung der Dehnungseigenschaften
der Materialbahn berücksichtigt wird. Dies bedeutet, dass
beispielsweise online bestimmte Eigenschaften wie beispielsweise
eine auf die Materialbahn einwirkende Kraft, ermittelt wird und
diese wiederum bei der Ermittlung der Dehnungseigenschaften der
Materialbahn berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck können die
oben erwähnten Kennlinien verwendet werden, welche bestimmten
Dehnungszuständen bestimmte physikalische Eigenschaften
oder insbesondere Elastizitäts-Module zuordnen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens eine physikalische
Eigenschaft der Antriebseinrichtung mittels einer Messeinrichtung
bestimmt und die Messeinrichtung gibt wenigstens einen Wert aus,
der für die physikalische Eigenschaft der Antriebseinrichtung
charakteristisch ist, wobei dieser Wert bei der Ermittlung der Dehnungseigenschaften
der Materialbahn berücksichtigt wird. In diesem Fall kann
beispielsweise ein Drehmomentsensor vorgesehen sein, der das Drehmoment
einer Antriebseinrichtung bestimmt. Auf diese Weise wird insbesondere
das Materialverhalten d. h. die Kennwerte für die gedämpfte
Feder direkt in der Druckmaschine bestimmt, beispielsweise durch
eine Beobachtung des Drehmoments. Bei der oben beschriebenen Vorgehensweise
kann die Messung direkt über Kraftmesseinrichtungen wie
Kraftmessdosen bestimmt werden. Damit berücksichtigt hier
die Regelung auch das Materialverhalten als gedämpfte Feder.
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Vorzugsweise
wird die Ermittlung von dynamischen Kenngrößen
der Materialbahn mit Hilfe des Antriebssystems durchgeführt
wird. Unter den dynamischen Kenngrößen werden
dabei insbesondere das Elastizitätsmodul, die Dämpfungseigenschaften und/oder
plastische Verformungen verstanden. Dies kann durch eine Kraftmessdose
und Positionsdifferenz oder mit antriebsinternen Größen,
insbesondere Drehmomentsollwert, Drehmomentistwert und Positionsdifferenz
erfolgen.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine bahnverarbeitende Maschine
mit wenigstens einer ersten angetriebenen Transportwalze, welche eine
Materialbahn transportiert, wenigstens einer zweiten Transportwalze,
welche die Materialbahn transportiert und wenigstens einer Bearbeitungseinheit,
welche die Bahn bearbeitet, gerichtet, wobei wenigstens eine Transportwalze
eine Antriebseinrichtung aufweist, sowie eine Regelungseinrichtung,
welche die Antriebseinrichtung regelt, wobei die Regelungseinrichtung
derart gestaltet ist, dass sie die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit
von Dehnungseigenschaften der Materialbahn regelt.
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Erfindungsgemäß ist
die Regelungseinrichtung derart gestaltet, dass sie bei der Berücksichtigung
der Dehnungseigenschaften der Materialbahn auch eine Dämpfung
dieser Dehnungseigenschaften berücksichtigt. Vorzugsweise
ist auch die zweite Transportwalze angetrieben bzw. weist eine zweite Antriebseinrichtung
auf. Besonders bevorzugt ist dabei auch die zweite Antriebseinrichtung
von der Regelungseinrichtung geregelt, wobei auch hier die Regelungseinrichtung
Dämpfungseigenschaften der Materialbahn berücksichtigt.
Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen
für Walzen oder andere Transporteinheiten geregelt, wobei jeweils
die Dehnungseigenschaften der Materialbahn zugrunde gelegt werden.
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Dabei
wird auch bei der erfindungsgemäßen Anlage bzw.
Maschine das Dehnungsverhalten der Materialbahn nicht als konstant
vorausgesetzt, sondern Änderungen dieser Dehnungseigenschaften und
insbesondere des Elastizitäts-Moduls werden ebenfalls bei
der Steuerung bzw. Regelung berücksichtigt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine eine
Messeinrichtung auf, welche wenigstens eine physikalische Eigenschaft
der Materialbahn bestimmt. Bei diesen physikalischen Eigenschaften
kann es sich beispielsweise um einen Spannungszustand der Materialbahn
oder eines Bereiches der Materialbahn handeln der beispielsweise über
Kraftmessdosen gemessen wird. Weiterhin wäre es auch möglich,
eine Temperatur der Materialbahn selbst oder auch der Umgebung zu
bestimmen. Schließlich ist es bevorzugt auch denkbar, dass
mehrere Messeinrichtungen vorhanden sind, die mehrere physikalische
Eigenschaften der Materialbahn oder der Umgebung bestimmen und alle
diese bestimmten Werte bei der Regelung der Antriebseinrichtung bzw.
Antriebseinrichtungen berücksichtigt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine eine
Messeinrichtung auf, welche eine physikalische Eigenschaft der Antriebseinrichtung
bestimmt. Auf diese Weise wäre es zum Beispiel möglich,
einen gegebenenfalls auch lokalen Spannungszustand der Materialbahn
aus einem Drehmoment der Antriebseinrichtung zu bestimmen.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung eines oben
beschriebenen Verfahrens oder einer oben beschriebenen bahnverarbeitenden
Maschine für Rollendruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen,
Stoffdruckmaschinen, Folienreckmaschinen und/oder Stoffbearbeitungsmaschinen gerichtet.
Schließlich ist die vorliegende Erfindung auch auf ein
Computerprogramm zum Steuern einer Maschine der oben beschriebenen
Art oder zur Durchführung eines Verfahrens der oben beschriebenen
Art gerichtet.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
Darin zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
bahnverarbeitenden Maschine;
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2a Eine
Darstellung zur Veranschaulichung der Ermittlung der Dehnungseigenschaften
im Stand der Technik;
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2b Ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Standes der Technik;
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3a Eine
Darstellung zu einer erfindungsgemäßen Ermittlung
der Dehnungseigenschaften;
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3b Eine
weitere Darstellung zur Veranschaulichung der Ermittlung der Dehnungseigenschaften;
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3c Ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bahnverarbeitenden Maschine.
Diese Maschine weist eine Vielzahl von Walzen 2, 4, 5 auf,
welche eine Materialbahn 10 fördern und hier auch
bearbeiten. Daneben sind Bearbeitungseinheiten 8 vorgesehen,
welche jeweils einen bestimmten Vorgang an der Materialbahn vornehmen,
beispielsweise das Trocknen der Bahn. Es wird darauf hingewiesen, dass
die Transportwalzen auch Bearbeitungsfunktionen wahrnehmen können
und daher die Transportwalzen und die Bearbeitungseinheiten nicht
zwangsläufig getrennte Einrichtungen sind.
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Die
einzelnen Walzen bzw. Wellen 2, 4, 5 werden
durch Antriebseinheiten 12, 14 und 15 angetrieben.
Dabei werden diese einzelnen Antriebseinrichtungen 12, 14 und 15 mit
Hilfe einer Regelungseinrichtung 20 gesteuert bzw. geregelt.
Insbesondere werden dabei die einzelnen Antriebe derart geregelt, dass
keine zu hohen Spannungen auf die Materialbahn 10 wirken.
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Das
Bezugszeichen 24 bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung,
welche eine physikalische Eigenschaft des Antriebs, wie beispielsweise
ein Drehmoment, ein Strom, eine Spannung und dergleichen misst.
Das Bezugszeichen 18 bezieht sich auf eine weitere Messeinrichtung,
welche eine Eigenschaft der Materialbahn bestimmt, wie beispielsweise
eine Temperatur der Materialbahn, einen Feuchtigkeitsgrad der Materialbahn
oder auch einen Spannungszustand der Materialbahn.
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Wie
oben erwähnt, kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bei der Bahnspannungsregelung und/oder der Registerregelung in einer
bahnverarbeitenden Druck- oder Verarbeitungsmaschine eingesetzt
werden. Bei der in 1 gezeigten Maschine wird die
Warenbahn zunächst in die Maschine eingefördert
und anschließend wird die Materialbahn in der Maschine 1 durch
die besagten Bahntransportwalzen geführt, beispielsweise
durch ein Einzugswerk 6 und ein Auszugswerk 7.
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Die
Bearbeitung erfolgt, wie oben erwähnt, durch die Bearbeitungseinheiten 8 bzw.
durch deren Bearbeitungsachsen und, wie erwähnt, werden
die einzelnen Walzen 2, 4, 5 bzw. deren
Antriebe mittels einer Bahnspannungs- bzw. Bahntransportregelung kontrolliert.
Die oben erwähnten Bahnbearbeitungsmaschinen bzw. Bearbeitungseinheiten
werden üblicherweise mittels einer Registerregelung kontrolliert. Bevorzugt
ist es auch möglich, dass die Bearbeitungseinheiten unter
Verwendung von Eigenschaften der Materialbahn geregelt bzw. gesteuert
werden. Das Bezugszeichen 20 bezieht sich auf eine Regelungseinrichtung
zum Regeln des oder der Antriebseinrichtung. Daneben kann die Regelungseinrichtung 20 auch
die einzelnen Bearbeitungseinheiten 8 regeln.
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2a zeigt
eine Darstellung zur Veranschaulichung von aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren zur Berücksichtigung von Eigenschaften
der Materialbahn. Dabei wird das aus dem Stand der Technik bekannte
prinzipielle Regelverhalten dargestellt, welches jedoch auch für
andere Reglertypen, wie beispielsweise Registerregler, gilt. Dabei
wird, wie durch 2a veranschaulicht, die Bahnausdehnung
als konstant vorausgesetzt d. h. für die Bahn wird das
Modell einer Hook-schen Feder zugrunde gelegt, deren Elastizitäts-Modul
unabhängig von der Ausdehnung und auch unabhängig
von anderen Koeffizienten konstant bleibt, d. h. zwischen der Bahnspannung
und der Bahndehnung besteht ein lineares Verhältnis.
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2b zeigt
eine Veranschaulichung zur Darstellung des Regelungsverhaltens.
Dabei wird zunächst eine Regeldifferenz zwischen einem
Bahnspannungssollwert S und einem Bahnspannungsistwert I in einem
Bahnspannungsregler 32 gegeben. Dieser Bahnspannungsregler,
der üblicherweise als PI-Regler ausgeführt ist,
gibt beispielsweise einen Wert fa für den Feinabgleich
aus, und verstellt so die Geschwindigkeit der Bahntransportwalzen.
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Die
Regelstrecke der Warenbahn bildet eine Geschwindigkeitsänderung
mit Hilfe einer e-Funktion nach, deren Zeitkonstante sich an L/v
orientiert, wobei L die Länge der Warenbahn und v die Warenbahngeschwindigkeit
ist. Ein entsprechendes Regelglied ist hier durch das Bezugszeichen 34 gekennzeichnet.
Der Ausgang dieser besagten e-Funktion ist wiederum die Bahndehnung.
Die Bahnspannung F ergibt sich im Stand der Technik aus der Bahndehnung
multipliziert mit der als konstant angenommenen Federkonstante,
wobei hier wiederum eine Ermittlungseinheit 36 vorgesehen
wird.
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Im
Stand der Technik wird dabei die Regelung mit dem oben erwähnten
approximierten PT1-Glied 34, dessen Zeitkonstante abhängig
von L/v ist, optimiert. Das Material wird, wie oben erwähnt,
mit einem linearen Elastizitäts-Modul angenommen.
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Weiterhin
erfolgt im Stand der Technik eine Kompensation der Zeitkonstante
T1 des PT1-Glieds (Proportionalglied mit Zeitkonstante) der Regelstrecke
mittels eines PI-Reglers
32. In diesem Fall wird dabei
die Regelstrecke angenommen als
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KP bedeutet dabei die P-Verstärkung
des PT1-Gliedes 34 bzw. auch die P-Verstärkung
des Elastizitäts-Moduls.
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Die
Registerregler beeinflussen primär die Bearbeitungseinheiten
und regeln daher nicht unmittelbar die Bahnspannung. Gleichwohl
nehmen diese Registerregler oft ein Materialverhalten der Warenbahn
an. Beispielsweise können bei Beschleunigungsvorgängen
die an der Warenbahn angreifenden Beschleunigungsmomente nicht angetriebener Walzen
dadurch kompensiert werden, dass die Trägheitsmasse der
nicht angetriebenen Walzen oder das Elastizitäts-Modul
der Materialbahn angenommen wird.
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3a zeigt
eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Während bei dem Verfahren aus dem Stand der Technik die
Materialbahn als ideale Hook-sche Feder angenommen wird, wie aus 2a ersichtlich,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Dämpfungsverhalten
dieser Feder, welches durch das Symbol 10b veranschaulicht ist,
zu berücksichtigen. Das Material bzw. die Materialbahn
wird somit als gedämpfte Feder angenommen. 3a zeigt
zwei einfache Ersatzschaltbilder zur Veranschaulichung von Dämpfungssegmenten. Neben
den in 3a gezeigten Ersatzschaltbildern könnten
auch weitere komplexere Ersatzschaltbilder mit Dämpfungselementen
angenommen werden. Bei dem rechten Teilbild in 3a wird
als Dämpfung eine gefederte Dämpfung 10c angenommen.
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Weiterhin
wäre es auch möglich, nichtlineare Federkonstanten
anzunehmen, so dass auf diese Weise beispielsweise plastische Verformungseffekte berücksichtigt
werden. 3b veranschaulicht ein entsprechendes
Ersatzschaltbild, in dem die Nichtlinearität durch das
Symbol 10c angedeutet wird. Hier wird also das Bahnspannungsverhalten
als nichtlineare, gedämpfte Hook-sche Feder angenommen.
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Unter
Zugrundelegung des Dämpfungsverhaltens ergibt sich die
in 3c gezeigte Darstellung zur Verarbeitung der Werte. Ähnlich,
wie im Falle des in 2b gezeigten Schemas, werden
auch hier Soll- und Istwerte S, I zugeführt und die Feinabstimmung
ausgegeben. Auch in diesem Falle wird durch das PT1-Glied 34 eine
e-Funktion ausgegeben. Im Unterschied zum Stand der Technik wird
jedoch das Elastizitäts-Modul nicht mehr als konstant betrachtet, sondern
in Abhängigkeit von mehreren Größen T2, T3.
Das Material geht also hier nicht mehr, wie im Fall von 2b als
P-Glied ein, sondern als PDT1-Glied 38 (proportional-differential-element
mit Verzögerung erster Ordnung).
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Die
Regelung geht also nicht mehr, wie oben dargestellt von einem PT1-Verhalten
der Regelstrecke aus, mit dem obigen Zusammenhang, sondern sie nimmt
das Elastizitäts-Modul als PDT1 an:
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T2
ist dabei ein konstanter Wert, der den Sprung bei einer Änderung
am Eingang berücksichtigt. Genauer genommen wird der Sprung
berücksichtigt, der in dem Schema des Glieds 38 zwischen dem
Wert E0 und dem Maximalwert der Funktion dargestellt ist.
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T3
ist ein konstanter Wert, der insbesondere von der Geschwindigkeit
der Materialbahn unabhängig ist. Dieser Wert ist konstant,
so lange die Produktionsparameter wie Wärme oder Kühlung
unverändert bleiben. Damit ergibt sich insgesamt ein Streckenverhalten
nach folgendem Zusammenhang:
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Wie
oben erwähnt, ist der Wert T3 nicht geschwindigkeitsabhängig.
Dies bedeutet, dass bei niedrigen Warenbahngeschwindigkeiten T1,
welches die Geschwindigkeit im Nenner enthält, dominant
ist und bei hohen Warenbahngeschwindigkeiten der Term T3 dominant
ist. T3 wird bei höheren Geschwindigkeiten dominant, da
T1 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit immer kleiner wird.
Dies muss auch in der Reglerauslegung berücksichtigt werden.
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Der
hier beispielhaft dargestellte Regelkreis für die Bahnspannungsregelung
kann bevorzugt auch auf die Registerregelung für die Bearbeitungseinheiten übertragen
werden. Vorzugsweise wird eine Kopplung der Bahnspannung mit dem
Register vorgesehen, wobei hierdurch die durch das Material eingebrachte
Zeitkonstante T3 diese Verkopplung in der Registerregelung berücksichtigt
werden und die Regelparameter entsprechend adaptiert werden müssen.
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Zur
Ermittlung der obigen Zeitkonstanten T3 bestehen mehrere Möglichkeiten.
Einerseits ist es möglich die Zeitkonstante T3 mit einem
eigenen speziellen Messgerät zu messen.
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Weiterhin
ist es möglich, die Zeitkonstante T3 durch Messung in der
Maschine mittels Dehnungsänderung zum Beispiel im Stillstand
und für Beobachtung der auftretenden Antriebsmomente und/oder
Bahnspannungsmessergebnisse zu messen. Zu letzterer Messung können
Kraftmessdosen zur Messung der Bahnspannung vorhanden sein. Auch
ist es möglich, die Zeitkonstante T3 in der Maschine durch
Beobachtung der Prozessparameter zu ermitteln.
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Weiterhin
ist es möglich, das Material bzw. dessen Eigenschaften
in mehrere Anteile zu zerlegen und dies wiederum in der Reglerauslegung
zu berücksichtigen. Dabei kann zunächst ein plastischer Anteil
angenommen werden, der jedoch nur dann bedeutsam ist, wenn während
des Bearbeitungsprozesses eine Entlastung auftritt. Weiterhin können
Nichtliniearitäten berücksichtigt werden und darüber
hinaus, wie oben in dem gezeigten Schaltbild in 3a dargestellt,
eine Dämpfung.
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Optional
wird bei der Bestimmung der Konstanten T2 und T3 auch die Temperatur
und die Kühlung berücksichtigt, wobei hierzu beispielsweise Temperatursensoren
verwendet werden können.
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Weiterhin
ist es auch möglich, eine Näherung für
eine Gesamtzeitkonstante auszugeben. Im Stand der Technik kompensiert
der I-Anteil des Reglers die als Zeitkonstante T1 genäherte
PT1-Strecke. Zusätzlich muss nun die mit höherer
Geschwindigkeit, wie oben ausgeführt, dominant werdende
Zeitkonstante T3 in der Reglerauslegung mitberücksichtigt
werden. Bisher wurde, um dies zu gewährleisten eine bestimmte
Nachstellzeit Tn eines PI-Reglers in Abhängigkeit von T1
adaptiert. In dieser bevorzugten Variante wird vorgeschlagen, Tn
in Abhängigkeit von T1 und T3 zu adaptieren. Dabei ist
es möglich, eine daraus resultierende Zeitkonstante TRes = T1 + T3anzunehmen.
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Im
Rahmen der Erfindung wird auch vorgeschlagen, die Regler und Reglerparameter
anhand eines angenommenen Materialmodells, bei dem es sich um ein
lineares und ein nicht-lineares Modell handeln kann, online zu ermitteln.
Eine besondere Eignung der Erfindung ergibt sich bei einer Anwendung
in Bahnmaschinen mit starken dämpfungsbehaftetem Material
wie zum Beispiel Kunststofffolien oder Stoff.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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- 2,
4, 5
- Walzen/Druckwerke
- 6
- Einzugswerk
- 7
- Auszugswerk
- 8
- Bearbeitungseinheiten
- 10
- Materialbahn
- 10b,
10c, 10d
- Symbole
- 12,
14
- Antriebseinrichtungen
- 18
- Messeinrichtung
- 20
- Regelungseinrichtung
- 24
- Sensoreinrichtung
- 32
- Bahnspannungsregler
- 34
- Regelglied
- 36
- Regeleinheit
- F
- Bahnspannung
- T1,
T2, T3
- Zeitkonstanten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056802
A1 [0002]
