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Führungsvorrichtung für langgestreckte, durchlaufende Bahnen Die Führung
von langgestreckten, durchlaufenden Bahnen geschieht im allgemeinen mit Hilfe von
Führungsgliedern, die die Bahn bei Abweichungen aus der vorgegebenen Lage wieder
in diese zurückführen. Stattdessen können aber auch die Führungsgliede.r dem Verlauf
der Kante der durchlaufenden Bahn angepaßt werden. Solche Führungsglieder werden
beispielsweise bei den Rollstühlen zur Führung von Bahnen vor dem Aufrvickeln bei
der Papierherstellung, Filmherstellung, Cellophanherstellung u. dgl. sowie bei der
Weiterverarheitung dieser Produkte verwendet.
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Als Stellglieder für die Führungsvorrichtungen der genannten Art
hat man bisher kleine Elektromotore verwendet, die über einen Fühler entsprechend
dem zufälligen Verlauf des zu führenden Gutes kurzzeitig in der einen oder anderen
Drehrichtung eingeschaltet werden und so lange laufen, bis das Meßglied, das z.
B. ein I(ontaktfühler sein kann, bei Erreichung des Sollwertes den Motor abschaltet.
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Bei den modernen Herstellungsverfahren ist es von besonderem Vorteil,
wenn die Bahnen möglichst schnell durchlaufen. Diese Forderung findet man sowohl
hei der Herstellung von Textilien als auch bei der Herstellung von Papier, Filmbändern,
Cellophan u. dgl. Es ist verständlich, daß eine größere Durchlaufgeschwindigkeit
auch ein schnelleres Ansprechen der Führungsvorrichtung notwendig macht, damit nicht
das verlaufene Kantenstück der Bahn an der Führungsvorrichtung vorbeigelaufen ist,
bevor diese auf den entsprechenden Wert nachgefiihrt worden ist.
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Höhere Durchlaufgeschwindigkeiten machen jedoch ein schnelleres Verstellen
der Führungsvorrichtung, d. h. kiirzere Verstellzeiten erforderlich. Regeltechnisch
bedeutet das, daß die Steilheit, d. h. die Ansprechempfindlichkeit und die Regelgeschwindigkeit,
größer werden müssen. Die höhere Anforderung an die Verstellgeschwindigkeit bei
größeren Durchlauü geschwindigkeiten führte dazu, daß der Regelkreis, bestehend
aus Kontaktfühler, Elektromotor und Führungsvorrichtung, seine Stabilitätsgrenze
erreichte.
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Infolge der hohen Geschwindigkeit des Elektromotors liefen seine Schwungmassen
in der »Aus«-Stellung bis zur gegenüberliegenden Ansprechgrenze, d. h. der Regelkreis
pendelte.
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Man hat versucht, durch eine mechanische wie auch elektrische Schnellhremsung
des Motors in der »Aus«-Stellung die Neigung der nachwirkenden Schwungmassen des
Elektromotors, bis zur gegenüberliegenden Ansprechgrenze zu laufen, zu unterdrücken
Damit war man in der Lage, die Genauigkeit der Führungsvorrichtung um einen bestimmten
Betrag zu verbessern, und man konnte die gegebenen Anforderungen bei höherer Durchlaufgeschwindigkeit
des Gutes bis zu einem bestimmten Grade erfüllen. Den steigenden
Anforderungen der
Fertigung war jedoch diese Anordnung schließlich nicht mehr gewachsen. Eine Verbesserung
brachte bereits die Verwendung von elektromagnetisch betätigten Schaltkupplungen,
die über einen dauernd durchlaufenden Elektromotor angetrieben werden, als Stellglied
für die Führungsvorrichtung. Je nach Verstellrichtung wird über den Fühler die eine
oder andere Kupplung eingeschaltet. Da man diese Kupplung bei einer relativ großen
Schaltgeschwindigkeit mit einer geringeren Drehzahl laufen lassen konnte als den
direkt geschalteten Elektromotor, wurde eine dem Stand der Technik entsprechende
Verbesserung erzielt.
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Bei Durchlaufgeschwindigkeiten von über 40 m/min hinaus waren aber
auch die Grenzen einfacher elektromagnetisch betätigter Schaltkupplungen erreicht.
Die erforderlich gewordene Vergrößerung der Schaltgeschwindigkeit und Verkleinerung
der Ansprechgrenze führte dazu, daß die Stabilitätsgrenze überschritten wurde. Allein
die Verwendung von Magnetpulverkupplungen brachte hier eine weitere Verbesserung.
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Magnetpulverkupplungen mit schwungmomentarmer Abtriebsseite, z. B.
durch Ausbildung des Abtriebsteiles als dünnwandiger Becher, haben praktisch keine
Eigenverzögerung und keine mechanische Nachwirkung. Bei Einschaltung des Erregerstromes
steigt das Drehmoment nach Maßgabe der elektrischen Zeitkonstante sofort stetig
von Null aus an. Da der Natur der Sache gemäß das Widerstandsmoment der Führungsvorrichtung
im allgemeinen sehr klein ist, beginnt die Führungsbewegung sofort, wenn der Fühler
die Ansprechgrenze erreicht hat. Handelt es sich um eine nur kleine Auslenkung,
dann wird diese bereits im unteren Drehmomentbereich der Kupplung während des Drehmomentanstieges
ausgeregelt, und die Abschaltung der Kupplung erfolgt bereits wieder, ehe das volle
Drehmoment erreicht wird. Bei größeren Auslenkungen und den damit erforderlich werdenden
größeren
Verstellnvegen erreicht die Kupplung je nach Länge der VersteUzbit ein größeres
Drehmoment oder schließlich ihr volles Drehmoment. Damit wirkt auf die Führungsvorrichtung
eine der Größe der auszuregelnden Ablenkung proportionale Verstellbeschleunigung.
Durch dieses Verhalten der WIagnetpulverkupplnugen in Verbindung mit ihren vernachlässigbar
kleinen Schwungmassen konnte gegenüber den mit Schwungmasse I>ehafteten Motoren
und den mit mechanischen Verzögerungen behafteten elektromagnetisch betätigten Schaltkupplungen
sowie auch gegenüber NVi rbel stromkupplungen eine erhebliche Verbesserung erreicht
werden.
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Bei Durchlaufgeschwindigkeiten des langgestrecliten Gutes von über
80 m/min oder 100 mAnin oder darüber hinaus sind die Forderungen an ein außerordentlich
schnelles Ansprechen noch größer. Außerdem ist es bei den größeren Durchlaufgeschrvindigkeiten
erforderlich, daß die Ansprechgenauigkeit ebenfalls größer wird. Werden Ansprechgenauigkeiten
von + 2,5 mm oder darunter gefordert, dann setzt das ein so schnelles Ansprechen
des Stellgliedes voraus, daß jetzt infolge der großen Verstellgeschwindigkeit die
eigenen Schlvungmassen der Führungsvorrichtuiig einen Nachlauffehler bedingen, so
daß die Anordnung auf der Stellung »Aus« des Fühlers bis zur gegenüberliegenden
Ansprechgrenze läuft. Es ergab sich also überraschend, daß bei den erforderlichen
Ansprechgenauigkeiten und -geschwindigkeitAen eine Instabilität schon allein durch
die Regelstrecke zustande kam, was selbst bei Verwendung von ideal massefreien Nlagnetpulverkupplungen
als Stellglied der Fall gewesen ware.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei Führungsvorrichtungen für langgestreckte,
durchlaufende Bahnen und einer Durchlaufgeschwindigkeit über 40 imin, eine Ansprechgeuauigkeit
von + 2,5 mm bis herunter auf 0.25 mm zu erreichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei Führungsvorrichtungen. bei denen
die Verstellung der Führungsglieder über WIagnetpulverkupplungen erfolgt, bei einer
Magnetpulverkupplung die zugehörige, gegensinnig arbeitende Magnetpulverkupplung
gleichzeitig oder mit Verzögerung so erregt, daß die Drehmomente der beiden Maguetpulverkupplungeu
um einen hestimmten Betrag differieren. Dabei kann die Erregung der gegensinnig
arbeitenden LIagnetpulverkupplung z. B. in Abhängigkeit von der Verstellgeschwindigkeit,
durch eine mit Verzögerung wirksam werdende Stromquelle konstanter Spannung oder
durch Stromimpuls erfolgen.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispi el
einer erfindungsgemäßen Führungseinrichtung, bei welcher die Führungsglieder durch
Abtasten. der Bahnkante diesen nachgeführt werden.
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NIit 10 ist ein Drehstrommotor bezeichnet, welcher üher die Zahnräder
11, 12 und 13 die Eingangskupplungsteile der WIagnetpulverkupplungen 14 und 15 mit
ihren Erregerwicklungen 16 und 17 gegensinnig antreibt. Die Ausgangskupplungsteile
der AIagnetpulverkupplungen 14 und 15 sind über die Zahnräder 18 und 19 und das
gemeinsame Zahnrad 20 mit der Verstellspindel 21 verbunden, durch welche über die
Spindelmutter22 das nicht dargestellte Führungsglied verstellt wird.
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An der Spindelmutter 22 ist ein Fühler 23 schwenkbar befestigt. 24
ist die Bahn, z. B. eine Stoffbahn. welche senkrecht zur Zeichenebene am Fühler
23 vorbei läuft. Durch die Feder 25 wird der Fühler 23 an die Kante der Bahn 24
herangezogen. der über die
beiden Gegenkontakte 26 und 27 je nach dem Verlauf der
Bahn 24 die Erregung der Erregerwicklungen 16 und 17 der Magnetpulverkupplungen
14 und 15 beeinflußt. Mit der Verstellspindel 21 ist noch ein Gleichstromgenerator
28 gekuppelt, welcher die Erregerleistung für die einer Verstellung der Führungsglieder
jeweils entgegenwirkende Maglletpulverkupplung liefert.
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Fig. 2 zeigt die Schaltung der Erregerstromkreise der Führungsvorrichtung
nach Fig. 1. Berührt der Fühler 23 infolge eines Verlaufens der Bahn 24 z. B. den
Gegenkontakt 26, so wird die Erregerwicklung 16 an die Stromquelle 29 angeschlossen
und damit die Magnetpulverkupplung 14 erregt und die Verstellspindel 21 in Drehung
versetzt. Der mit der Verstellspindel 21 gekuppelte Generator 28 liefert nun eine
Spannung von solcher Polarität, daß ein Strom über den Trockengleichrichter 30 durch
die Erregerwicklung 17 fließt und somit die NIagnetpulverkupplung 15 erregt wird
und diese ein der Verstellung entgegenwirkendes Drehmoment überträgt. Der Stromkreis
vom Generator 28 über die Erregerwicklung 16 der Magnetpulverkupplung 14 wird dagegen
durch das Ventil 31 gesperrt. Da der Generator 28 eine der Verstell spindel drehzahl
proportionale Spannung liefert, ist das von der Magnetpulverkupplung 15 übertragene
Gegeudrehmoment proportional der Verstellgeschwindigkeit.
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Dieses Gegendrehmoment wird auch noch aufrechterhalten, wenn der
Fühler 23 den Gegenkontakt 26 nicht mehr berührt. Es tritt also nach Abschaltung
der die Verstellung bewirkenden Magnetpulverkupplung 14 noch eine Bremsung der nachwirkenden
Schwungmassen ein.
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Fig. 3 zeigt in einem Diagramm den ungefähren zeitlichen Verlauf
der von den beiden AIagnetpulverkupplungen 14 und 15 übertragenen Drehrnomente,
wobei angenommen ist, daß das der Verstellgeschwindigkeit proportionale Gegendrehmoment
der Alagnetpulverliupplung 15 angenähert auch proportional der Zeit ist. Die Kurve
32 gibt den zeitlichen Verlauf des von der Äiagnetpulverkupplung 14 zur Verstellung
des Führungsgliedes übertragenen Drehmomentes an, welcher durch die Zeitkonstante
des Erregerstromkreises bestimmt wird. Diese Zeitkonstante des Erregerstromkreises
ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Führungsvorrichtung sehr klein gehalten,
so daß das von der Magnetpulverkupplung 14 übertragene Drehmoment sehr schnell seinen
Höchstwert erreicht. Die Linie 33 gibt beispielsweise einen Zeitpunkt an, an dem
die Erregung der treibenden Magnetpulverkupplung 14 wieder abgeschaltet wird. Die
Kurve 34 gibt den ungefähren zeitlichen Verlauf des im beschriebenen Beispiel von
der Magnetpulverkupplung 15 übertragenen Gegendrehmomentes an. Die Kurve 35 schließlich
gibt den zeitlichen Verlauf der die Verstellung bewirkenden Summe der von den beiden
Magnetpulverkupplungen übertragenen Drehmomente an.
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Der steile Anstieg des Drehmomentes bei Einschaltung der Erregung
gewährleistet ein schnelles Ansprechen der Führungsvorrichtung bei einem Verlaufen
der durchlaufenden Bahn, während durch die nachfolgende Absenkung der die Verstellung
bewirkenden Drehmomentensumme ein schnelles Stillsetzen der Führullgsvorrichtung
ermöglicht wird, das noch durch die der Geschwindigkeit der Führungsglieder proportionalen
Bremsung durch die gegenläufige Nlagnetpulverkupplung unterstützt wird.
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Statt von einem Generator kann die gegenläufige Älagnetpulverkupplung
auch von einer Stromquelle
konstanter Spannung erregt werden, welche
durch ein Zeitglied, z. B. ein Zeitrelais, verzögert auf die Erregerwicklung der
Magnetpulverkupplung geschaltet wird und auch nach Abschaltung der die Verstellung
bewirkenden Magnetpulverkupplung kurzzeitig wirksam ist. Die Erregung der gegenläufigen
Magnetpulverkupplung kann aber auch durch Stromimpulse erfolgen. welche von einem
Impulsgeher, z. B. einem Relais. erzeugt werden.
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Eine weitere Verbesserung stellt die Beeinflussung der Magnetpulverkupplungen
durch Verstärker, ills besondere elektronische Verstärker, dar, über welche die
Schaltimpulse mittels volkommen trägheitsloser Fühler. z. B. Fotozellen, auf die
NIaguetpulverkupplunge gegeben werden.
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Schließlich kann die elektrische Zeitkonstante der Erregerstromkrei
se verkleinert und damit die Ansprechgeschwindigkeit der Al agnetpulverkupplungen
erhöht werden, wenn die Älagnetkörper der Älagnetpulverkupplungen aus einzelnen
Blechlamellen zusammengesetzt werden.