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Die
Erfindung betrifft ein Schärverfahren
zum Erzeugen einer Kette, bei dem mehrere Bänder nacheinander auf den Umfang
einer sich drehenden Schärtrommel
gewickelt werden, von denen jedes durch eine Mehrzahl von Fäden gebildet
ist, die gleichzeitig von einem Gatter abgezogen werden.
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Eine
Kette, die zum Herstellen textiler Flächenmaterialien verwendet wird,
enthält
in der Regel eine große
Anzahl von Fäden,
die parallel nebeneinander liegen. Es ist mit vertretbarem Aufwand
praktisch nicht möglich,
eine dieser Anzahl von Fäden entsprechende
Anzahl von Spulen in einem Gatter bereitzuhalten. Man unterteilt
daher die Kette in eine Reihe von Bändern und wickelt die Bänder nacheinander
auf. Man muß dementsprechend
nur so viele Spulen in einem Gatter bereithalten, wie Fäden in einem
Band gewickelt werden sollen.
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Die
einzelnen Bänder
sollten möglichst
einen einander entsprechenden Aufbau haben. Es ist daher üblich, das
erste Band als Master-Band auszubilden, dessen Wickelverlauf überwacht
und gespeichert wird, und die folgenden Bänder dann so zu fahren, daß der Wickelverlauf
in diesen Bändern
dem Verlauf des Master-Bandes folgt. Dieses Verfahren hat sich zwar
in der Praxis weitgehend durchgesetzt. Dennoch läßt sich beobachten, daß es teilweise
erhebliche Fadenspannungsunterschiede von Band zu Band gibt. Dies
führt zu
einem ungleichmäßigen Aufbau
einer Kette.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst gleichmäßigen Aufbau
einer Kette zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Schärverfahren
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man die Bänder in Dickenrichtung in mindestens
zwei Abschnitte unterteilt, in einem Band einen Master-Abschnitt
erzeugt, einen Wickelverlauf im Master-Abschnitt ermittelt und den
Wickelvorgang in den folgenden Abschnitten entsprechend dem Wickelverlauf
im Master-Abschnitt steuert.
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Mit
dieser Ausgestaltung kopiert man nicht nur einzelne Bänder von
einem Master-Band. Man vergleichmäßigt bereits den Aufbau eines
Bandes in sich. Jedes Band wird in "Etagen" zerlegt, die im folgenden als "Raute" bezeichnet werden,
weil eine derartige Etage bei einer Konusschärmaschine im Querschnitt die
Form einer Raute hat. Man definiert eine derartige Etage, also einen
Abschnitt in Dickenrichtung, als Master-Raute, bei der im Prinzip
der Dickenzuwachs und die gefahrene Windungszahl in Beziehung gesetzt
werden. Im Idealfall sollte sich eine Gerade ergeben. Man kann diesen
Idealzustand auch dadurch nachbilden, daß man die Auftragshöhe am Anfang
und am Ende der Master-Raute ermittelt und dann eine lineare Funktion
der Windungen bildet. Mit anderen Worten wird eine Gerade definiert,
die den Wickelaufbau nachbildet. Bei den der Master-Raute folgenden
Rauten (Kopie-Rauten) wird diese Gerade ständig abgefahren. Damit erreicht
man, daß bereits innerhalb
eines Bandes der Dickenaufbau wesentlich gleichmäßiger ausfällt, als dies bisher der Fall
war. Wenn aber bereits innerhalb eines Bandes der Dickenzuwachs
gleichmäßiger ist,
dann ist auch der Spannungsunterschied zwischen benachbarten Bändern geringer,
d.h. man erhält
eine Kette mit einem relativ gleichmäßigen Aufbau.
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Vorzugsweise
wählt man
als Master-Abschnitt den radial am weitesten innen liegenden Abschnitt
des ersten Bandes. Mit anderen Worten liegt die Master-Raute am
Fuß des
Konus der Schärtrommel
bei Verwendung einer Konus-Schärmaschine. Wenn
man gleich zu Beginn des Wickelvorgangs die Master-Raute festlegt,
dann kann man alle folgenden Rauten, also die folgenden Rauten des
ersten Bandes und alle Rauten der folgenden Bänder, so wickeln, daß ihr Wickelverlauf
dem Wickelverlauf der Master-Raute im wesentlichen folgt.
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Vorzugsweise
verwendet man eine Preßwalze,
um den Dickenzuwachs der Abschnitte zu steuern. Dies hat sich insbesondere
beim Wickeln der Master-Raute als vorteilhaft erwiesen. Wenn die Master-Raute
die radial am weitesten innen liegende Raute des ersten Bandes ist,
dann wird sie aus Fadenabschnitten gewickelt, die bei den Vorratsspulen im
Gatter außen
liegen und deswegen in der Regel mit einer geringeren Spannung versehen
sind. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß der Dickenzuwachs bei der
Master-Raute relativ groß ist,
so daß er
nicht mehr ohne Probleme von den Folge-Rauten nachgebildet werden
kann. Wenn man hingegen eine Preßwalze verwendet, dann kann
man den Dickenzuwachs mit Hilfe der Preßwalze begrenzen, so daß bei den
Folge-Rauten der entsprechende Dickenzuwachs ohne Probleme erreicht
werden kann.
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Vorzugsweise
vermindert man bei zu geringer Dickenzunahme eine durch die Preßwalze erzeugte
Streckenlast. Bei den Folge-Rauten oder Folge-Abschnitten, die aus
Fadenabschnitten gewickelt werden, die aus weiter innen liegenden
Bereichen der Vorratsspulen stammen, haben die Fäden eine größere Spannung und damit ein
etwas geringeres Volumen. Dieses verminderte Volumen bewirkt, daß die Dickenzunahme
in den einzelnen Rauten möglicherweise
nicht mehr so groß ist,
wie in der Master-Raute.
Diesem Effekt kann man durch eine Verminderung der Streckenlast
entgegenwirken. Mit anderen Worten kann man vorsehen, daß die Streckenlast
der Preßwalze,
d.h. die Kraft pro Länge,
beim Wickeln der Master-Raute am größten ist. Dies ist jedoch nicht
zwingend. In geeigneten Fällen
kann man auch die Master-Raute mit einer Streckenlast wickeln, die
nicht der maximalen Streckenlast entspricht.
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Vorzugsweise
verwendet man als Start-Streckenlast für einen Abschnitt die End-Streckenlast
des vorangegangenen Abschnitts. Man geht davon aus, daß die Streckenlast
in erster Linie von dem Zustand des aktuell gewickelten Fadenabschnitts
abhängt. Dieser
Zustand verän dert
sich aber zwischen dem Ende einer Raute, d.h. dem Ende eines Abschnitts, und
dem Anfang der nächsten
Raute oder des nächsten
Abschnitts nicht. Das Steuerungsverfahren wird also erheblich vereinfacht,
wenn man die Streckenlast beim Wechseln eines Abschnitts beibehalten kann.
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Bevorzugterweise
verwendet man eine Fadenspannungsregelung, um den Dickenzuwachs
eines Abschnitts zu steuern. Eine Fadenspannungsregelung kann zentral
am Gatter erfolgen, von dem die Fäden abgezogen werden. Wenn
man feststellt, daß die
Zunahme der Dicke einer Raute oder eines Abschnitts zu groß ist, dann
kann man diese Zuwachsgeschwindigkeit vermindern, indem man die
Fadenspannung erhöht.
Bei einer erhöhten
Fadenspannung wird das Volumen der Fäden vermindert. Damit ergibt
sich eine geringere Dickenzunahme.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
im Master-Abschnitt ohne Fadenspannungsregelung wickelt. Im Master-Abschnitt
verwendet man ausschließlich
die Preßwalze,
um den Dickenzuwachs zu steuern. Dies hat den Vorteil, daß man in
den Folge-Abschnitten oder -Rauten eine größere Anzahl von Möglichkeiten
hat, um die Dickenzunahme zu beeinflussen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man bei einem zu großen Dickenzuwachs in einem
Abschnitt die Fadenspannung erhöht
und bei einem zu geringen Dickenzuwachs in einem Abschnitt die Streckenlast
der Preßwalze
vermindert. Man verwendet also unterschiedliche Maßnahmen,
um in bestimmten Situationen einen zu schnellen Zuwachs einer seits
und einen zu langsamen Zuwachs der Dicke andererseits zu kompensieren.
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Bevorzugterweise
senkt man nach einer Erhöhung
der Fadenspannung zunächst
die Fadenspannung ab, bevor man die Streckenlast der Preßwalze vermindert.
Man fährt
also mit einer vorgegebenen Fadenspannung an. Wenn der Dickenzuwachs
zu groß ist,
dann erhöht
man die Fadenspannung, bis der Dickenzuwachs wieder den gewünschten
Wert hat, die Dicke der Raute pro Fadenlage also um einen bestimmten
Wert zunimmt. Wenn man dann feststellt, daß man bei der Regelung zu weit
gegangen ist und die Dickenzunahme zu klein ist, dann wird zunächst die
Fadenspannung wieder abgesenkt, bis die Dickenzunahme wieder dem
vorgegebenen Verlauf entspricht. Dieses Absenken erfolgt so lange,
bis die Fadenspannung wieder ihren ursprünglich eingestellten Wert angenommen
hat. Erst wenn diese Maßnahme
noch nicht zu dem gewünschten
Erfolg geführt
hat, wird die Streckenlast der Preßwalze vermindert.
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Bevorzugterweise
wickelt man innerhalb eines Bandes alle Abschnitte bis auf den radial äußeren Abschnitt
mit der gleichen Dicke. Der radial äußere Abschnitt kann zwar eine
verminderte Dicke gegenüber
den übrigen
Abschnitten, insbesondere des Master-Abschnitts, haben. Sein Wickelverlauf
entspricht jedoch bis zu dieser Dicke dem Wickelverlauf des Master-Abschnitts,
d.h. der Master-Raute.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Schärvorrichtung mit Schärtrommel
und Gatter,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus einer Schärtrommel
mit aufgewickelter Kette,
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3 einen
Wickelverlauf für
eine Master-Raute und
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4 ein
Beispieldiagramm zur Darstellung einzelner Regeleingriffe.
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1 zeigt
eine Schärvorrichtung 1 mit
einer Schärtrommel 2,
die einen Konus 3 aufweist. Die Schärtrommel 2 ist durch
einen nicht näher
dargestellten Antrieb angetrieben, so daß sie sich beim Wickeln drehen
kann.
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In
einem Gatter 4 befindet sich eine Vielzahl von Spulen 5.
Von jeder Spule 5 wird ein Faden 6 abgezogen und über ein
Riet 7 der Schärtrommel 2 zugeführt. Zwischen
den Spulen 5 und dem Riet 7 befindet sich eine
zentrale Spannungsregeleinrichtung 8 für die Fäden 6.
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Dargestellt
sind in dem Gatter 4 aus Gründen der Übersicht nur einige wenige
Spulen 5. Ein echtes Gatter wird natürlich sehr viel mehr Spulen 5 aufweisen,
so daß auch
wesentlich mehr Fäden 6 gleichzeitig
gewickelt werden können.
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Da
die Anzahl der Spulen 5 und damit die Zahl der zur Verfügung stehenden
Fäden 6 in
der Regel nicht ausreicht, um eine Kette mit einer gewünschten
Breite zu wickeln, erzeugt man die Kette aus einer Vielzahl von Bändern 10–12.
Jedes Band 10–12 enthält im vorliegenden
Ausführungsbeispiel die
gleichen Fäden.
Somit haben alle Bänder 10–12 auch
die gleiche Breite. Zusätzlich
möchte
man erreichen, daß alle
Bänder 10–12 im
wesentlichen mit dem gleichen Wickelverlauf gewickelt werden.
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Zur
Beeinflussung des Spannungsverlaufs in den Bändern 10–12 ist
neben der oben erwähnten Spannungsregeleinrichtung 8 eine
Preßwalze 13 vorgesehen,
die unter der Wirkung einer Andruckeinrichtung 14 auf der äußersten
Lage des letzten gewickelten Bandes 12 aufliegt. Die Anpreßeinrichtung 14 erzeugt
eine Kraft 15 auf das Band 12. Diese Anpreßkraft 15 dividiert
durch die Breite des Bandes 12 ergibt eine Streckenlast.
Diese Streckenlast beeinflußt die
Dickenzunahme des Bandes 12, d.h. sie ist mit ein Kriterium
dafür,
um welches Maß sich
der Durchmesser des sich auf dem Umfang der Schärtrommel 2 bildenden
Wickels 16 bei jeder Umdrehung der Schärtrommel 2 vergrößert. Der
Durchmesser wird durch einen in 1 schematisch
dargestellten Sensor 9 laufend erfaßt.
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Es
ist bislang bekannt, das erste Band 10 als Master-Band zu wickeln und
beim Wickeln den Wickelverlauf zu erfassen. Die folgenden Bänder 11, 12 werden
dann als Kopie des Master-Bandes 10 erzeugt.
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Diese
Vorgehensweise führt
jedoch nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen. Insbesondere dann,
wenn man beim Wickeln einer Kette neue Spulen 5 verwendet,
ergibt sich im ersten Band 10, d.h. dem Band, das am Konus 3 anliegt,
ein relativ ungleichförmiger
Wickelverlauf.
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Um
diesen Wickelverlauf zu vergleichmäßigen und damit auch den Wickelverlauf
in der gesamten Kette zu vergleichmäßigen, ist nun vorgesehen, daß man jedes
Band in "Etagen" zerlegt, die im
folgenden als Raute bezeichnet werden. Die Bezeichnung Raute ergibt
sich dadurch, daß aufgrund
des Konus 3 jede "Etage" im Querschnitt die
Form einer Raute hat.
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Man
wählt nun
die erste Raute des ersten Bandes 10, d.h. die radial am
weitesten innen liegende Raute, als Master-Raute 18 aus.
Diese Master-Raute 18 ist über eine vorgegebene Auftragshöhe 19 definiert,
bei deren Erreichen dann die gefahrene Windungszahl abgelegt wird.
Die Auftragshöhe
kann man beispielsweise dadurch ermitteln, daß man über Garnparameter und Auftragsdaten
eine theoretische Bandauftragshöhe 20 ermittelt.
Diese wird dann durch eine vorgegebene Anzahl von Rauten pro Band
geteilt. Dadurch läßt sich
die Rautenauftragshöhe
errechnen. Da die vorherige Abschätzung der theoretischen Bandauftragshöhe 20 nicht
immer mit der Realität übereinstimmt,
kann es passieren, daß die
letzte Raute 21 eine verminderte Rautenauftragshöhe hat.
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Bei
Erreichen der Auftragshöhe 19 der
Master-Raute 18 wird anhand der Auftragshöhe 19 und der
gefahrenen Windungszahl eine Gerade definiert, die beispielsweise
in 3 ersichtlich ist. Einer Auftragshöhe 19 entspricht
dann eine Windungszahl n. Einer Windungszahl nz sollte dann eine
geringere Auftragshöhe
Hnz entsprechen.
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Sobald
also die Master-Raute 18 gewickelt und der Zusammenhang
zwischen der Windungszahl und der Auftrags höhe 19 ermittelt worden
ist, kann die erste Folgeraute 22 gewickelt werden. Dies
ist eine Kopie-Raute, bei der die Dickenzunahme der in 3 dargestellten
Beziehung genügen
muß.
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Damit
erreicht man einen homogeneren Wickelaufbau innerhalb eines Bandes.
Sollte die letzte Raute 21 des Bandes nicht komplett sein,
so beginnt am Anfang des nächsten
Bandes 11 trotzdem eine neue Raute 23, deren Wickelverlauf
wieder dem in 3 dargestellten Zusammenhang
nachgefahren wird.
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Zur
Beeinflussung der Dickenzunahme gibt es nun die oben beschriebenen
Möglichkeiten,
nämlich
einmal die Beeinflussung durch die Preßwalze 13 und zum
anderen die Beeinflussung durch die Fadenspannungseinrichtung 8.
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Beim
Wickeln der Master-Raute 18 wird allerdings nur die Preßwalze 13 verwendet.
Die Preßwalze 13 wird
mit einer Streckenlast verwendet, die der maximalen Anpreßkraft entspricht.
In einigen Fällen
kann es allerdings günstig
sein, die Anpreßkraft beim
Wickeln der Master-Raute 18 um
eine Reserve zu vermindern, so daß man in einem späteren Stadium
des Wickelns die Möglichkeit
hat, die Streckenlast zu erhöhen.
Beim Wickeln der Master-Raute 18 verzichtet man also auf
die Regelung der Fadenspannung. Diese wird zu Beginn des Wickelns
eingestellt und bleibt dann unverändert.
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Auch
die Streckenlast der Preßwalze 13 wird am
Anfang des Wickelns eingestellt und bleibt dann unverändert. Allerdings
wird die Preßwalze 13 erst
ab einer vorein gestellten Auftragshöhe zugeschaltet, da sie nicht
auf der leeren Schärtrommel 2 laufen
sollte.
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Die
Preßwalze 13 verhindert,
daß der
Dickenzuwachs bei der Master-Raute 18 zu groß wird. Dies
läßt sich
in vielen Fällen
beobachten und zwar insbesondere dann, wenn man beim Wickeln der Master-Raute
neue Spulen 5 verwendet. Die Master-Raute 18 wird
dann nämlich
aus Abschnitten der Fäden 6 gewickelt,
die unter einer verminderten Spannung gestanden haben und deswegen
unter Umständen
etwas voluminöser
sind als Fadenabschnitte, die im Innern der Spulen 5 gewickelt
waren. Aus diesen inneren Fadenabschnitten könnte man bei Kopie-Rauten 21–23 unter
Umständen
nicht mehr den gleichen Dickenzuwachs erreichen.
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Wenn
man mit Hilfe der Preßwalze 13 dafür gesorgt
hat, daß der
Dickenzuwachs beim Wickeln der Master-Raute 18 innerhalb
gewisser Grenzen bleibt, dann ist einzusehen, daß man beim Wickeln von Kopie-
oder Folge-Rauten 21, 22, 23 die Streckenlast,
die von der Preßwalze 13 auf
den Wickel 16 ausgeübt
wird, allenfalls vermindert, in der Regel aber nicht erhöhen wird.
Dies soll anhand von 4 erläutert werden. 4 zeigt über die
Windungen n eine Kurve 24, die die Streckenlast darstellt,
eine Kurve 25, die die Fadenspannung darstellt, und eine Kurve 26,
die die Abweichung zwischen der in 3 dargestellten
Geraden und dem tatsächlichen
Dickenzuwachs einer Raute 21–23 darstellt.
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Die
Streckenlast (Kurve 24) und die Fadenspannung (Kurve 25)
werden zu Beginn des Wickelvorgangs, wie oben erwähnt, konstant
gehalten. Wenn sich bei dieser Konstellation herausstellt, daß der Dickenzuwachs
zu klein ausfällt
(Abweichung 27), dann vermindert man zunächst die
Streckenlast (Kurve 24) und zwar so lange, bis sich keine
Abweichung mehr zwischen der in 3 dargestellten
Geraden und dem Dickenzuwachs der einzelnen Raute ergibt. Diese
Situation ist an einem Punkt 28 eingetreten. Allerdings
ergibt sich nun eine schnellere Dickenzunahme einer Folge-Raute 21–23,
als dies durch die Kurve der 3 vorgegeben
ist (Abweichung 29). In diesem Fall wird die Fadenspannung (Kurve 25)
erhöht,
so daß der
Dickenzuwachs wieder abnimmt und bei einem Punkt 30 wieder
die Sollkurve erreicht. Dementsprechend wird die Fadenspannung wieder
vermindert, so daß sich
das Maximum 29 wieder abbauen kann. Erst wenn sich dann
eine weitere Abnahme des Zuwachses der Dicke ergibt (Abschnitt 31),
wird die Streckenlast (Kurve 24) wieder vermindert, um
den Dickenzuwachs der Raute wieder in die gewünschte Größe zu bringen.
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Mit
anderen Worten wird bei zu geringer Dickenzunahme einer Raute die
Anpreßkraft
der Preßwalze 13 verringert.
Wenn die Dickenzunahme zu groß ist,
wird die Anpreßkraft
nicht erhöht,
sondern die Fadenspannung erhöht.
Man kann aber auch die Möglichkeit
vorsehen, die Preßwalze 13 mit
einer erhöhten
Streckenlast auf den Wickel 16 arbeiten zu lassen.
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Da
die Streckenlast der Preßwalze 13 nur
innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden darf, wird man bei
den Kopie-Rauten 21–23,
falls aufgrund einer abweichenden Auftragshöhe diese Grenzen überschritten
werden müßten, die
Fadenspannungsregelung 8 eingesetzt. Dies gilt allerdings
nicht für
die Master-Raute 18. Hier wird der Dickenzuwachs ausschließlich über die
Preßwalze 13 beeinflußt.
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Start-Streckenlast
für Kopie-Rauten 21–23 ist
immer die End-Streckenlast der vorangegangenen Raute. Dies gilt
auch bei einem Bandwechsel, d.h. die End-Streckenlast der Preßwalze 13 auf
die letzte Raute 21 des ersten Bandes 10 entspricht
der Start-Streckenlast der Preßwalze 13 auf
die erste Raute 23 des zweiten Bandes 11.
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Bei
Spulenwechsel oder sonstigen manuellen Korrekturen ist es aber auch
möglich,
die Start-Anpreßkraft
und die Fadenspannungsregelung auf die Master-Rauten-Einstellungen
zurückzusetzen.
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Um
ein Übertakten
oder Aufschwingen der Regelung zu vermeiden, wird ein Software-PID-Regler
verwendet, der bei der ersten Kopie-Raute 22 durch ein
Autotuning-Verfahren
optimal eingestellt wird. Die normalerweise zeitabhängigen Anteile
des Regelverhaltens (I, D) sollten hier, um eine Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit zu vermeiden, auf den gefahrenen Weg bezogen
werden.