DE19501982A1 - Zuführvorrichtung einer diskontinuierlich bahnförmiges Material verarbeitenden Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zuführvorrich­ tung für eine diskontinuierlich bahnförmiges Mate­ rial verarbeitende Maschine, insbesondere eine Ver­ packungsmaschine, bei der die Materialzuführung von einer Bobine, deren Drehzahl von einem Regelkreis geregelt wird, über einen Tänzer und einen nachfol­ genden Vorschub, der durch den Bedarf der Verarbei­ tungsmaschine angesteuert ist, zum Verarbeitungsort erfolgt.

Bei Maschinen zur Verarbeitung bandförmigen Materi­ als, das von einer Bobine abgewickelt wird, ist es bekannt, zwischen Bobine und Verarbeitungsmaschine einen Tänzer anzuordnen. Der Tänzer hat die Auf­ gabe, das Material in einer Schlaufe zu führen, die als Zwischenspeicher Schwankungen des Materialbe­ darfes der Verarbeitungsmaschine ausgleicht, um nicht bei jeder Schwankung die Drehzahl der Bobine, die ein großes Trägheitsmoment besitzt, anpassen zu müssen. Dies gilt insbesondere für diskontinuier­ lich arbeitende Maschinen, die nur während eines oder einiger Arbeitstakte Material aufnehmen. Die Taktfrequenz der Verarbeitungsmaschine ist in der Regel von Null bis zu einem Maximalwert einstell­ bar, der wesentlich durch die maximale Zuführungs­ geschwindigkeit des zu verarbeitenden Materials be­ stimmt wird. Weiterhin ist es bekannt, die Auslen­ kung des Tänzer als Regelgröße eines Regelkreises zu verwenden, der die Drehzahl der Bobine steuert (DE 41 39 101, DE 41 28 860).

Bekannte Zuführvorrichtungen, die die Tänzerauslen­ kung als Regelgröße verwenden, besitzen den Nach­ teil, daß nicht zwischen Betriebsstörungen und Ver­ änderungen des Bobinendurchmessers einerseits, die eine Änderung der Bobinendrehzahl erfordern, und Schwankungen bedingt durch die diskontinuierliche Materialzuführung zur Verarbeitungsmaschine ande­ rerseits, die keine Änderung der Bobinendrehzahl erfordern, unterschieden wird. Aus diesem Grund entstehen Schwankungen der Bobinendrehzahl, die, bedingt durch das große Trägheitsmoment der Bobine, eine große Leistung des Bobinenantriebs erfordern, und Spannungen im zugeführten Materialband bewir­ ken, die die Förderleistung der Zuführvorrichtung begrenzen. Da weder die Taktfrequenz der Verarbei­ tungsmaschine, z. B. während des Anfahrens, noch, aufgrund der Durchmesserabnahme mit zunehmendem Ma­ terialverbrauch, die Bobinendrehzahl konstant sind, ist es schwierig das dynamische Verhalten des Re­ gelkreises so zu optimieren, daß die Schwankungen der Bobinendrehzahl in allen Betriebszuständen mög­ lichst gering sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, anzugeben, wie die Zuführvorrichtung einer diskontinuierlich bahnförmiges Material verarbei­ tenden Maschine zu gestalten ist, so daß unabhängig vom Betriebszustand der Maschine Schwankungen der Bobinendrehzahl vermieden werden, und die Bobinen­ drehzahl möglichst konstant gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Sensoren die dem Tänzer zugeführte Material­ strecke und den Materialvorschub kontinuierlich messen, aus diesen Meßgrößen aufgrund des geometri­ schen Verlaufs der Materialbahn die Tänzerposition berechnet wird, ein weiterer Sensor die reale Tän­ zerposition ermittelt und als Eingangsgröße des Re­ gelkreises die Differenz der gemessenen und berech­ neten Tänzerposition verwandt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Zuführvorrichtung werden die dem Tänzer zugeführte Materialstrecke und der Materialvorschub zur Verarbeitungsmaschine kontinu­ ierlich erfaßt. Da die Tänzerposition von der Länge der Materialbahn, deren geometrischer Verlauf in der Zuführvorrichtung vorgegeben ist, zwischen Bo­ bine und Vorschub abhängt, läßt sich aus den erfaß­ ten Werten die Tänzerposition im Verlauf eines Vor­ schubtaktes berechnen. Weiterhin ermittelt ein Sen­ sor die tatsächliche Position des Tänzers. Nun wird die Differenz aus berechneter und Istposition des Tänzers gebildet, sie wird als Eingangsgröße des Regelkreises zur Bobinensteuerung verwendet. Dieses Signal ist frei von Schwankungen, die durch den diskontinuierlichen Materialvorschub zur Verarbei­ tungsmaschine entstehen, da die Änderung der Tän­ zerposition synchron zum Vorschub auftritt, so daß sie sich beide durch die Differenzbildung aufheben. Es ist von Null verschieden, wenn der tatsächliche Verbrauch mit Hilfe des Vorschubs nicht der nachge­ lieferten Materialbahnlänge entspricht, oder wenn Betriebsstörungen auftreten. Da in diesen Fällen die Drehzahl der Bobine angepaßt werden muß, ist das Differenzsignal eine geeignete Eingangsgröße, um die Bobinendrehzahl zu regeln.

Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Zu­ führvorrichtungen besteht also darin, die Tänzerpo­ sition nicht auf einen Arbeitspunkt zu regeln, son­ dern Schwankungen der Tänzerposition synchron zum Vorschub zur Verarbeitungsmaschine um den Arbeits­ punkt herum zuzulassen.

Diese Ausführung der Zuführvorrichtung besitzt den Vorteil, daß die Eingangsgröße des Regelkreises frei von Schwankungen ist, die durch den diskonti­ nuierlichen Materialvorschub entstehen, so daß Schwankungen der Bobinendrehzahl vermieden werden. Infolgedessen wird die Bobinendrehzahl nur in dem Maße angepaßt, wie der Materialverbrauch den Bobi­ nendurchmesser verändert oder der Maschinentakt, z. B. beim Anfahren der Maschine oder Störungen, va­ riiert, so daß die Drehzahlregelung der Bobine eine geringere Leistung erfordert. Weiterhin bleibt die Spannung des Materialbandes während des Arbeitstak­ tes der Verarbeitungsmaschine weitgehend konstant, so daß höhere Vorschubgeschwindigkeiten und somit Leistungen der nachgeschalteten Verarbeitungsma­ schinen möglich sind. Das dynamische Verhalten der Zuführvorrichtung ist auch in unterschiedlichen Be­ triebszuständen leicht zu kontrollieren, und es kann ein einfach aufgebauter Regelkreis verwandt werden, da nur eine Eingangsgröße zu verarbeiten ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die dem Tänzer zugeführte Materialstrecke und/oder die vorgeschobene Materialstrecke von Sen­ soren an der Materialbahn erfaßt. Es bietet sich an, diese Strecken durch Taster auf der Material­ bahn oder über die Messung der Drehzahl von Um­ lenkrollen zu ermitteln.

Alternativ werden die zugeführte und/oder vorge­ schobene Materialstrecke aus der Drehzahl der Bo­ bine bzw. des Vorschubs und dem Radius von Bobine bzw. Vorschubrollen berechnet. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn die entspre­ chenden Drehzahlen im Zuge der Steuerung ihrer An­ triebe ohnehin erfaßt werden, und ermöglicht es, auf Sensoren an der Materialbahn zu verzichten.

Die Erfassung des Bobinenradius kann auf verschie­ dene Arten, beispielsweise durch Verwendung eines Tasters erfolgen. In einer bevorzugten Ausgestal­ tung der Erfindung wird der Materialvorrat der Bo­ bine aus ihrer Drehzahl und der Tänzerbewegung und/oder dem Vorschub ermittelt. Der Bobinendurch­ messer ist u. a. eine wichtige Meßgröße zur Bestim­ mung des verbleibenden Materialvorrats der Zuführ­ vorrichtung, da rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden müssen, wenn der Vorrat zu Ende geht. Bei herkömmlichen Zuführvorrichtungen wird der Bobinen­ radius von einem speziellen Sensor erfaßt. Die von der Bobine abgewickelte Materialmenge ist aus Vor­ schub und Tänzerbewegung zu berechnen; andererseits ist die abgewickelte Materialmenge proportional dem Produkt aus Bobinenradius und Drehzahl. Da die üb­ rigen Größen bei der erfindungsgemäßen Zuführvor­ richtung zur Bobinensteuerung erfaßt werden, ist der Bobinenradius, und damit der verbleibende Mate­ rialvorrat bestimmbar, ohne daß ein zusätzlicher Sensor den Bobinenradius erfassen muß. Es bietet sich an, beim Anfahren der Abwickeleinrichtung den Bobinendurchmesser zu ermitteln, indem die Positi­ onsänderung des Tänzers bei einer definierten Bobi­ nenbewegung erfaßt wird, ohne daß ein Vorschub stattfindet. Im Normalbetrieb, d. h. wenn der Tänzer um eine Mittellage oszilliert, ist die abgewickelte Materialmenge gleich dem Vorschub, so daß die Tän­ zerbewegung bei der Berechnung des Durchmessers vernachlässigbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Ruheposition des Tänzers jene Position ist, in der der Material­ inhalt des vom Tänzer gebildeten Zwischenspeichers maximal ist. Insbesondere zum Anfahren der Zuführ­ vorrichtung aus der Ruheposition ist eine hohe Lei­ stung des Bobinenantriebs erforderlich. Befindet sich der Tänzer jedoch in der Position, in der eine maximale Materialmenge zwischengespeichert ist, wird das Material für die ersten Arbeitstakte der Verarbeitungsmaschine überwiegend durch die Annähe­ rung des Tänzers an seine Sollposition bereit ge­ stellt, und die zum Anfahren der Zuführvorrichtung notwendige Leistung des Bobinenantriebs wird ver­ mindert oder die Dauer des Anfahrzeitraumes ver­ kürzt.

Da das Eingangssignal des Regelgliedes aufgrund der Differenzbildung frei von Schwankungen ist, die vom diskontinuierlichen Vorschub verursacht sind, ist eine technisch sehr einfache Ausführung der Steue­ rung der Bobinendrehzahl mittels eines Proportio­ nalreglers möglich.

Zweckmäßig ist es, insbesondere für Verpackungsma­ schinen, der Regeleinrichtung ein Kennlinienkorrek­ turglied vorzuschalten, so daß der Materialinhalt des vom Tänzer gebildeten Zwischenspeichers in der Sollposition gering ist, die Kennlinie im Bereich der Sollposition des Tänzers flach verläuft, für Tänzerpositionen mit größerem Speicherinhalt wenig steiler wird und zu den maximalen Tänzerpositionen hin zunehmend steiler wird. Häufig tritt die Situa­ tion auf, daß einzelne Vorschubtakte zur Verarbei­ tungsmaschine unterbleiben. Dies gilt insbesondere für Verpackungsmaschinen, die einzelne Gegenstände verpacken, wenn kein Verpackungsgut vorliegt. So­ lange keine Häufung von Vorschubausfällen auftritt, kann auf eine rasche Anpassung der Bobinendrehzahl verzichtet werden. Dies gilt umso mehr, da bei Taktausfällen die Bobinendrehzahl zu drosseln wäre, weil weniger Material verbraucht wurde, sie auf Dauer aber gesteigert werden muß, da der Bobinenra­ dius abnimmt. Ist dem Regler der Bobine das oben beschriebene Kennlinienkorrekturglied vorgeschal­ tet, so befindet sich der Tänzer in der Regel in einer Position, in der er zusätzliches Material zwischenspeichern kann, wenn einzelne Vorschübe entfallen. Aufgrund des flachen Verlaufs der Kenn­ linie wird die Bobinendrehzahl nachfolgend nur langsam angepaßt. Nur wenn der Tänzer einer seiner Endpositionen nahe kommt, bewirkt der steile Kenn­ linienverlauf in diesen Bereichen eine schnelle An­ passung der Bobinendrehzahl, um eine störungsfreie Materialzuführung zur Verarbeitungsmaschine zu ge­ währleisten. Somit optimiert das Kennlinienkorrek­ turglied die Ausnutzung des Tänzers und verringert den Leistungsbedarf des Bobinenantriebs.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird. Die Zeichnung zeigt in prinzipienhafter Darstellung eine erfindungsgemäße Zuführvorrichtung mit dem zugehörigen Regelkreis.

Das bahnförmige Material (1) wird von einer Bobine (2) abgewickelt, und in einer Schlaufe (3), die als Zwischenspeicher für die Materialbahn (1) dient, über einen Tänzer (4) zu einer Vorschubeinrichtung (5) geführt, die die Materialbahn (1) der Verarbei­ tungsmaschine (6) zuführt.

Die Antriebsmotoren (7, 8) von Bobine (2) und Vor­ schub (5) sind mit Sensoren (9, 10) versehen, die ihren momentanen Betriebszustand über deren jewei­ lige Drehzahl erfassen. Das Ausgangssignal des Sen­ sors (9) am Bobinenmotor wird in einem Multipli­ zierglied (12) mit dem Bobinenradius und evt. einem Korrekturfaktor multipliziert, und in einem Subtra­ hierglied (13) wird die Differenz dieses Signals mit dem Ausgangssignal des Sensors (10) am Vor­ schubmotor gebildet. Aus dieser Differenz errechnet die Vorsteuereinheit (14) eine (theoretische) Ab­ weichung des Tänzers von seiner Arbeitsposition. Weiterhin dient ein Sensor (11) zur Erfassung der tatsächlichen Position des Tänzers. Ein weiteres Rechenglied (15) subtrahiert die erfaßte Tänzerpo­ sition von seinem voreingestellten Arbeitspunkt und addiert dazu die von der Vorsteuerung (14) berech­ nete theoretische Abweichung des Tänzers von seinem Arbeitspunkt. Das Ergebnis dient als Eingangssignal eines Proportionalreglers (16), dessen Ausgangssi­ gnal die Sollgeschwindigkeit des Bobinenumfangs ist. Ein Multiplizierer (17) bestimmt daraus zusam­ men mit dem Reziprokwert des Bobinendurchmesser die erforderliche Bobinendrehzahl, die Eingangsgröße des Stellgliedes (18) des Motors (7) der Bobinen­ steuerung ist.

Claims (7)

1. Zuführvorrichtung für eine diskontinuierlich bahnförmiges Material verarbeitende Maschine, ins­ besondere eine Verpackungsmaschine, bei der die Ma­ terialzuführung von einer Bobine, deren Drehzahl von einem Regelkreis geregelt wird, über einen Tän­ zer und einen nachfolgenden Vorschub, der durch den Bedarf der Verarbeitungsmaschine angesteuert ist, zum Verarbeitungsort erfolgt, dadurch gekennzeich­ net, daß Sensoren die dem Tänzer zugeführte Materi­ alstrecke und den Materialvorschub kontinuierlich messen, aus diesen Meßgrößen aufgrund des geometri­ schen Verlaufs der Materialbahn die Tänzerposition berechnet wird, ein weiterer Sensor die reale Tän­ zerposition ermittelt und als Eingangsgröße des Re­ gelkreises die Differenz der gemessenen und berech­ neten Tänzerposition verwandt wird.

2. Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Tänzer zugeführte und/oder die vorgeschobene Materialstrecke von Sen­ soren an der Materialbahn erfaßt wird.

3. Zuführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Tänzer zugeführte und/oder die vorgeschobene Materialstrecke aus der Drehzahl der Bobine bzw. des Vorschubs und dem Ra­ dius von Bobine bzw. der Vorschubrollen berechnet wird.

4. Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat der Bobine bzw. deren Radius aus ihrer Drehzahl und der Tänzerbewegung und/oder dem Vorschub ermittelt wird.

5. Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruheposition des Tänzers die Position ist, in der der Materialinhalt des vom Tänzer gebildeten Zwischenspeichers maximal ist.

6. Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Proportionalreg­ ler die Bobinendrehzahl steuert.

7. Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung ein Kennlinienkorrekturglied vorgeschaltet ist, so daß der Materialinhalt des vom Tänzer gebildeten Zwischenspeichers in der Sollposition gering ist, die Kennlinie im Bereich der Sollposition des Tän­ zers flach verläuft, für Tänzerpositionen mit grö­ ßerem Speicherinhalt wenig steiler und zu den maxi­ malen Tänzerpositionen hin zunehmend steiler wird.