-
Vorrichtung für Verpackungsmaschinen u. dgl. zur Zugspannungsregelung
einer der Maschine zugeführten Materialbahn Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
für Verpackungsmaschinen u. dgl. zur Zugspannungsregelung einer der Maschine zugeführten
Materialbahn.
-
Es ist bekannt, die Zugspannung einer derartigen Materialbahn durch
Regelung der Drehzahl eines von einem Motor angetriebenen Spulenkerns, auf dem die
der Maschine zugeführte Materialbahn aufgewickelt wird, zu regeln; hierbei kann
die jeweilige Zugspannung der zugeführten Materialbahn mittels eines Fühlorgans,
beispielsweise einer beweglich gelagerten Rolle, über welche die Materialbahn läuft,
festgestellt und in Abhängigkeit hiervon über einen Regler ein die Drehzahl des
Antriebsmotors des Aufwickelspulenkerns beeinfiussendes Stellglied beaufschlagt
werden. Zur Erzielung einer möglichst genauen Regelung und Konstanthaltung der Zugspannung
wird dabei zweckmäßig die Regelvorrichtung so ausgelegt, daß schon kleine Abweichungen
der Zugspannung vom Sollwert und damit entsprechend kleine Stellungen des Fühlorgans
eine ausreichende Regelwirkung zur Folge haben. Bei mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden
Änderungen der Regelgröße (Zugspannung) muß dann gewährleistet werden, daß zunächst
eine sofortige, überproportionale Verstellung des Stellglieds erfolgt, um die angetriebene
Welle entsprechend zu beschleunigen oder zu verzögern, woraufhin die endgültige
Einstellung der Regelvorrichtung in der üblichen proportionalen Weise erfolgt. Regeltechnisch
gesprochen ist somit für eine derartige Zugspannungsregelung erwünscht, in die Regelfunktion
(Betätigung des Stellglieds in Abhängigkeit von der Regelgröße - Änderung der Zugspannung
-) zusätzlich zu dem üblichen Proportionalanteil (Regelwirkung proportional dem
jeweiligen Betrag der Regelabweichung) noch einen Geschwindigkeits-bzw. Differentialanteil
(Regelwirkung proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung) einzuführen.
-
Eine Vorrichtung zur Zugspannungsregelung mit dieser Charakteristik
ist bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung weist der Regler als wesentliches Teil
einen Hebel auf, welcher an seinem einen (Eingangs-) Ende mit dem Fühlorgan und
an seinem anderen (Ausgangs-) Ende mit einem Stellantrieb für die Drehzahlsteuerung
des Antriebsmotors verbunden ist; an zwei mittleren Stellen ist der Hebel mit einer
Dämpfungsvorrichtung und mit einer elastischen Rückführung verbunden, wobei diese
Verbindungsstellen wahlweise als Drehpunkte für den zweiarmigen Hebel dienen, je
nachdem, ob das Fühlorgan eine langsame, allmähliche Regelabweichung oder aber eine
mit großer Geschwindigkeit auftretende Regelabweichung überträgt.
-
Die bekannte Einrichtung ist in ihrem konstruktiven Aufbau kompliziert,
insbesondere hinsichtlich der Lagerung des Hebelarms und des mit diesem verbundenen
Kontaktarms für den Stellantrieb; der in der erwähnten Weise um zwei Drehpunkte
potentiell drehbare Hebelarm muß bei der bekannten Vorrichtung zusätzlich in Längsrichtung
geführt sein.
-
Außerdem besteht bei der bekannten Einrichtung keine Möglichkeit,
die vorübergehende überproportionale Verstellung für große Auslenkungen des Fühlorgans
(große Regelabweichungen) wieder zu verringern, wie dies für die Stabilisierung
der Regelvorrichtung erwünscht ist.
-
Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung für Verpackungsmaschinen
u. dgl. zur Zugspannungsregelung einer der Maschine zugeführten Materialbahn mittels
Regelung der Drehzahl eines von einem Motor angetriebenen Spulenkerns, auf den die
der Maschine zugeführte Materialbahn aufgewickelt ist, wobei die Spannung der zugeführten
Materialbahn mittels eines Fühlorgans festgestellt und eine entsprechende Regelgröße
über einen mit einem Hebelarm, einer Dämpfungsvorrichtung und einer elastischen
Rückführung versehenen Regler einem Drehzahlstellglied des Motors zugeführt wird,
derart, daß bei schnellen Änderungen der Materialbahnspannung
eine
vorübergehende übermäßige Verstellung des Drehzahlstellglieds erzielt wird.
-
Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Anordnung
wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Regler ein drehfest
mit einer drehbaren, mit dem Stellglied verbundenen Welle verbundenes Zahnradsegment
aufweist, das mit einem weiteren, an einem um die Stellgliedwelle schwenkbaren Hebelarm
drehbar gelagerten Zahnradsegment im Eingriff steht, das seinerseits von dem Fühlorgan
über ein Gestänge im wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene durch die Drehachsen
der Zahnradsegmente entgegen der Wirkung eines auf den Hebelarm wirkenden Dämpfungsglieds
betätigt wird, und daß ein der relativen Verdrehung der Zahnradsegmente aus ihrer
neutralen Stellung heraus entgegenwirkendes Federorgan vorgesehen ist.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ergibt die gewünschte PD-Regelcharakteristik
bei einfachstem konstruktivem Aufbau, welcher für den Hebelarm lediglich zwei Drehlagerungen
benötigt.
-
Darüber hinaus gestattet die Ausbildung gemäß der Erfindung auch
die erwünschte Reduzierung des D-Übersetzungsverhältnisses der Regelung für mit
großer Geschwindigkeit erfolgende große Regelabweichungen; zu diesem Zweck ist gemäß
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß an Stelle des
mit dem Fühlorgan verbundenen Zahnradsegments eine Sektor-Kurvenscheibe mit einem
sich am Rand der Scheibe nach außen erweiternden radialen Schlitz vorgesehen ist,
in welchen ein Zapfen des mit dem Drehzahlstellglied verbundenen Segments eingreift;
hierbei kann vorgesehen sein, daß die Kurvenscheibe in dem an den Schlitz anschließenden
Teil mit einem konstanten oder sich allmählich vergrößernden Radius geschnitten
ist, derart, daß sich das Übersetzungsverhältnis für sehr große Auslenkungen wieder
verkleinert.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt Fig. 1 eine Ausbildungsform
der Erfindung im Grundriß; F i g. 2 ist eine Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig.
1; Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Stellungen der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;
F i g. 5 zeigt in einer Stirnansicht eine abgeänderte Ausbildungsform der beiden
drehbaren Teile der Getriebeanordnung.
-
Gemäß den Zeichnungen soll ein Repulsionsmotor 1 mit einem schwenkbaren
Bürstenträger 2 zum Regeln von Drehzahl und Drehrichtung einen Spulenkern antreiben,
auf den eine Papierbahn 3 aufgewickelt werden soll. Die Papierbahn läuft über eine
Rolle 4 einer unter Federspannung stehenden Regeleinrichtung, die über eine Getriebeanordnung
die Drehzahl des Motors 1 so regelt, daß auf die Papierbahn eine Spannung aufgebracht
wird, die im wesentlichen konstant ist.
-
Die Getriebeanordnung umfaßt zwei Zahnradsegmente 5 und 6, die miteinander
kämmen. Das Zahnradsegment 5 sitzt fest auf einer Welle 7, die in einem Gestell
8 drehbar gelagert ist, und auf einem Ende der Welle 7 ist der schwenkbare Bürstenträger
2 des Motors 1 angeordnet. Das andere Zahnradseg ment 6 ist drehfest mit einer Welle
9 verbunden, die drehbar in einem Hebelarm 11 gelagert ist; der He-
belarm 11 ist
seinerseits so gelagert, daß er um die Achse der Welle 7 entgegen der Wirkung eines
hydraulischen Dämpfungsgliedes 10 geschwenkt werden kann. Die beiden Zahnradsegmente
nehmen die in F i g. 2 gezeigte Stellung ein, wenn keine äußeren Kräfte auf sie
wirken; dies ist darauf zurückzuführen, daß eine gerade Blattfeder 12 an einem Ende
fest mit der Welle 9 verbunden ist und an ihrem anderen Ende gegenüber dem Hebelarm
11 durch zwei in den Hebelarm eingebaute Zapfen 13 in ihrer Lage gehalten wird.
-
Wenn sich die Spannung der Papierbahn 3 erhöht, wird ein Winkelhebel
14, auf dessen einem Ende die Rolle 4 drehbar gelagert ist, gemäß F i g. 2 im Uhrzeigersinn
gedreht, und über eine Stange 15, die gelenkig mit dem anderen Ende des Winkelhebels
14 und dem Zahnradsegment 6 verbunden ist, wird das Zahnradsegment 6 betätigt. Die
Federkonstante der Feder 12 und die Dämpfungskonstante des Dämp fungsgliedes 10
sind so gewählt, daß dann, wenn die Stange 15 langsam bewegt wird, der Hebel 11
um die Achse der Welle 7 gedreht wird, ohne daß eine relative Drehbewegung zwischen
den Zahnradsegmenten 5 und 6 auftritt. Hierbei wird der schwenkbare Bürstenträger
2 um den gleichen Winkel gedreht wie der Hebelarm 11. Wird dagegen die Stange 15
schnell bewegt, drehen sich die Zahnradsegmente 5 und 6 um ihre Drehachsen, während
der Hebelarm 11 durch das Dämpfungsglied 10 in seiner Ausgangsstellung gehalten
wird. In diesem Fall führt der mit dem Zahnradsegment 5 verbundene schwenkbare Bürstenträger
2 wegen des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Zahnradsegmenten 5 und 6 gemäß
Fig.3 eine erhebliche Drehbewegung aus, so daß der Motor 1 schnell beschleunigt
wird. Die Feder 12 ist jedoch bestrebt, die Zahnradsegmente 5 und 6 in ihre relative
Winkelstellung nach F i g. 2 zurückzuführen, so daß der Hebelarm 11 entgegen dem
Uhrzeigersinn um die Achse der Welle 7 gedreht wird, bis er die in F i g. 4 gezeigte
Stellung erreicht, wobei das Dämpfungsglied 10 zusammengedrückt wird. Daher wird
das Zahnradsegment 5 zusammen mit dem schwenkbaren Bürstenträger 2 etwas in der
Rückwärtsrichtung in eine Stellung gedreht, die sich bei einer langsamen Bewegung
des Hebels 14 bzw. der Stange 15 über die gleiche Strecke ergeben würde; mit anderen
Worten, der Bürstenträger 2 nimmt nach der sofortigen bzw. kurzzeitigen Beschleunigung
eine Stellung ein, bei welcher der Motor eine Drehzahl annimmt, die der Stellung
der Stange 15 entspricht.
-
Man kann die Zahnradsegmente 5 und 6 gemäß F i g. 5 durch zwei gelenkig
miteinander verbundene Glieder ersetzen; gemäß F i g. 5 ist das eine Glied 17 mit
einem Zapfen 16 versehen, der in einen radialen Schlitz 18 des anderen Gliedes 19
eingreift.
-
Ferner kann man das Dämpfungsglied 10 so anordnen, daß es direkt
auf die Welle 9 wirkt; in diesem Fall kann die Welle statt in dem Hebelarm 11 verstellbar
in einem längs eines Kreisbogens bewegbaren Führungsteil od. dgl. in dem Gestell
gelagert sein.
-
Wenn die Welle 7 großen Anderungen des Trägheitsmoments ausgesetzt
wird, wird die Stabilität der Vorrichtung beeinträchtigt. Eine Möglichkeit, den
Einfluß solcher Störungen zu verringern, besteht darin, die Getriebeanordnung so
auszubilden, daß ein nichtlineares Übersetzungsverhältnis vorhanden ist, und zwar
derart, daß das Übersetzungsverhältnis bei der neutralen Stellung der Zahnradsegmente
5 und 6
und in der Nähe der neutralen Stellung klein ist, wobei
dies entsprechend für die Glieder 17 und 19 nach Fig. 5 gilt, und daß außerhalb
dieses Bereichs ein größeres Übersetzungsverhältnis zur Wirkung kommt, sowie derart,
daß sich das Übersetzungsverhältnis danach bei sehr großen Auslenkungen wieder verkleinert
und gegebenenfalls auf Null verringert wird. Eine Anordnung zum Erzielen eines solchen
Untersetzungsverhältnisses ist in F i g. 5 dargestellt, wo sich der Schlitz 18 nach
außen erweitert, wobei beide Wände des Schlitzes in eine Kurve übergehen, die einen
konstanten oder einen sich allmählich vergrößemden Radius hat.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dann benutzt werden, wenn
die Drehzahl der Welle mit Hilfe eines verstellbaren Getriebes geregelt wird; hierbei
dient die kurzzeitige übermäßige Verstellung dazu, die kurzzeitigen Drehzahländerungen
des Motors auszugleichen, die bei Anderungen der Drehzahl der Kraftabgabewelle auftreten.
-
Wird die Erfindung bei einer Verpackungsmaschine angewendet, um der
Maschine eine Papierbahn zuzuführen, ist es im Vergleich mit einer bekannten Maschine
zum Regeln der Drehzahl der Spule möglich, die Zahl der Papierbahnbrüche um 98 bis
990/0 zu verringern.