DE19512963A1 - Vorrichtung zum Abziehen von Bändern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Oberbegriff von Anspruch 1. Bänder sind im Hinblick auf die vorliegende Anmel­ dung Endlosmaterialien einschließlich Drähten, Folien, Licht­ wellenleitern, technischen Garnen und Filamenten.

Derartige Vorrichtungen dürften allgemein bekannt sein. In spezieller Ausführung werden derartige Vorrichtungen verwendet, um zug- bzw. reißempfindliche Klebebänder, insbesondere doppel­ seitige Klebebänder, einem nachgeordneten Verarbeitungsprozeß zuzuführen. Dabei kommt es darauf an, das Klebeband nicht zu überdehnen. Ebenfalls muß die Klebeschichtabdeckung, der soge­ nannte Liner, mit der Bandabzugsgeschwindigkeit vom Klebeband getrennt werden.

Um die Rüstzeiten beim Auswechseln der Leerspulen gegen neue Vollspulen gering zu halten strebt man große Wickellängen an, wodurch die Spulen entsprechend schwer werden.

Dabei tritt insbesondere mit diskontinuierlichem Abzug des Bandes, wie z. B. beim Bekleben von Karosserie-Zierleisten im Automobilbau, das Problem der dynamischen Reaktion auf, da große und schwere Spulen hohe Massenträgheit besitzen und sich nicht im Sekundenbereich ohne weiteres abbremsen oder beschleunigen lassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, vorhandene Abzugssysteme so weiterzubilden, daß auch bei extrem zugempfind­ lichen Bandmaterialien (z. B. Schaumgummi bzw. schmale Klebebän­ der) ein schnelles dynamisches Ansteuern zum Bremsen bzw. Be­ schleunigen der Abwickelspule möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Zugkraft­ waage ein nachgiebiges Hebelsystem mit Umlenkrollen verstanden, welches mit vorgegebener äußerer Kraft entgegen der Bandzugkraft in Sollstellung gehalten wird und dessen Hebelweg einen Band­ speicher zur Pufferung der Differenzen zwischen Bandabzugsge­ schwindigkeit und Spulenumfangsgeschwindigkeit bildet.

Wesentlich ist also die Bandspeicherfunktion der Zugkraftwaage infolge eines entsprechenden Verschiebewegs, kombiniert mit dem Erfassen des Verschiebewegs zum Angleichen der Umfangsgeschwin­ digkeit der Spule an die Abzugsgeschwindigkeit des Bandes.

Es sind zwar Bandabwickelsysteme bekannt geworden (DE OS 37 13 915), bei denen die Abwickelspule mit einer bandzugabhängigen Bremse verbunden ist.

Hiervon unterscheidet sich die Erfindung wesentlich durch einen drehzahlverstellbaren Antrieb der Abwickelspule in Kombination mit der Bandspeicherfunktion und der Wegerfassung an der Zug­ kraftwaage.

Die Drehzahlverstellung erfolgt über eine Steuerung des Speise­ stroms für den Antriebsmotor. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß für einen fest vorgegebenen Speisestrom ein genau vorgegebe­ nes Drehmoment entsteht. Für hohe Drehmomentänderungen ist daher eine hohe Stromänderung erforderlich. Sinngemäß gilt dies auch für geringe Drehmomentänderungen. Folglich ist die jeweils erforderliche Beschleunigung der Spulspindel über die Strom­ änderungsrate bestimmt.

Der Antrieb steuert damit die Umfangsgeschwindigkeit aktiv entsprechend den Erfordernissen, sogar ein Stillstand und ein Rückwärtslauf ist möglich, zusätzlich jeweils mit den Funktionen Bremsen bzw. Beschleunigen.

Aus der Erfindung ergibt sich zunächst der Vorteil einer schnel­ len Reaktion auf Änderungen der Geschwindigkeit des abgezogenen Bandes, die sofort in Drehzahländerungen des Antriebs der Ab­ wickelspule umgesetzt werden. Die Umsetzung erfolgt in demselben Ausmaß, wie die Änderung der Abzugsgeschwindigkeit, so daß weder ein "Überschießen" noch ein "Überdehnen" des Bandmaterials stattfindet.

Die Speicherfähigkeit des Hebelsystems ist nach diesen Erforder­ nissen auszulegen und mit der Systemdynamik abzustimmen.

Bevorzugt soll die Zugkraftwaage durch elektromotorische Kraft in vorgegebener Sollstellung entgegen der Bandzugkraft gehalten werden.

Es kommen auch antihaftbearbeitete pneumatische Kolben-Zylinder Einheiten in Frage.

Die Zugkraftwaage kann sowohl geradlinig geführt sein oder auf einer Kreisbahn. In letzterem Fall wird die Zugkraftwaage von einem äußeren Drehmoment im Gleichgewicht mit dem durch das abgezogene Band eingeleiteten Drehmoment gehalten.

Bildet man die Zugkraftwaage als Schwenkhebel aus, bei welchem die Bandzugkraft als Drehmoment angreift, dem ein äußeres Gegen­ drehmoment des Schwenkhebels entgegengerichtet ist, bietet dies neben dem Vorteil eines großen Bandspeichers auch den Vorteil, daß das äußere Drehmoment von einem mit der Achse des Schwenkhe­ bels gekoppelten Elektromotor aufgebracht werden kann. Der Elektromotor ist drehfest mit der Achse des Schwenkhebels ver­ bunden und mit einem Strom variabler Größe zu speisen. Der jeweilige Strom gibt das äußere Drehmoment am Schwenkhebel vor, welches proportional zur Bandzugkraft ist.

Diese Weiterbildung ist deshalb bereits für extrem schwere Spulen bei sehr labilen Bandmaterialien geeignet.

Bei plötzlicher Änderung der Abzugsgeschwindigkeit verändert sich die innerhalb der Zugkraftwaage befindliche Bandlänge durch Verlängerung oder Verkürzung des Bandlaufweges in der Zugkraft­ waage. Dabei weicht die Zugkraftwaage aus ihrer Soll-Stellung aus. Die Abweichung gilt als Maß für die Änderung der Abzugsge­ schwindigkeit. Die Abweichung aus der Sollstellung ist aus­ schlaggebend für die Erzeugung des Stellsignals. Das Stellsignal wird dem Spulenantrieb, bevorzugt über einen PID-Regler, zu dessen Drehzahländerung aufgegeben. Die Drehzahländerung erfolgt über eine entsprechende Beeinflussung des Speisestroms für den Spulenantrieb.

Es entsteht folglich eine hochdynamische Regelung, die ausgehend von einer Änderung der Abzugsgeschwindigkeit und einer daraus resultierenden Verschiebung der Zugkraftwaage aus ihrer Soll­ stellung eine entsprechende Spulenbeschleunigung hervorruft, mit welcher die Umfangsgeschwindigkeit der Spule an die neue Abzugs­ geschwindigkeit angepaßt wird.

Insbesondere bei Zusammenwirken eines zweiseitigen Hebels, der an seinen Enden mit Bandumlenkeinrichtungen versehen ist, mit der Abzugsvorrichtung nach dieser Erfindung lassen sich zusätz­ liche Verkürzungen der dynamischen Reaktionen erzielen, weil bei dieser Zugkraftwaage ein sehr gutes Verhältnis von Drehwinkel/ Speicherlänge erzielt wird. Bereits bei kleinen Drehwinkeln kann bei sehr kleinem Zugkraftniveau (z. B. im Bereich zwischen 0,1N bis etwa 2N) eine große Bandlänge vorübergehend abgespeichert oder freigesetzt werden, so daß im wesentlichen zugkraftkonstante Abwicklung und trotzdem schnelle Reaktion gewährleistet ist.

Andererseits läßt sich über einstellbares äußeres Drehmoment die Zugkraftwaage an verfahrensbedingte Parameter anpassen, so daß über das äußere Drehmoment die Zugkraft in der Verarbeitungs­ linie vorbestimmt ist.

Der Vorteil eines mittig gelagerten Schwenkhebels liegt in der Möglichkeit zur lageunabhängigen Anbringung. Dabei kann die Motorlagerung als Lagerstelle für den Schwenkhebel mitverwendet werden.

Im wesentlichen ist derartigen Hebel bereits ausgewuchtet. Unwuchtkräfte treten daher auch bei schneller Reaktion nur in geringem Umfang auf. Verbesserung läßt sich noch durch zusätz­ liches Auswuchten erzielen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das äußere Drehmoment an der Zugkraftwaage mittels elektromotorisch aufgeprägter Kraft in den einzuleiten. Es läßt sich dann über den Strom das äußere Drehmoment sehr leicht an die Erfordernisse anpassen, das System arbeitet berührungsfrei und damit verschleißlos.

Durch Verwendung eines bürstenlosen und insbesondere zusätzlich auch eisenlosen Gleichstrommotors werden weiterhin unnötige Rastmomente/Losbrechmomente aus der Nullstellung vermieden, die motorische Induktivität ist gering mit dem Vorteil Schnellen Stromanstiegs für Schnelle Reaktion, der mechanische Aufwand minimal, das äußere Drehmoment verläuft als glatte Funktion unter Vermeidung von Welligkeit und ein Einlaufen der Bürsten am Kollektor tritt nicht auf, ebensowenig Sekundäre Bremsmomente.

Um die Nichtlinearität des Drehmomentverlaufs am zweiseitigen Hebel infolge der über die Winkelfunktionen bestimmten Hebel­ abstände zu kompensieren, wird zusätzlich vorgeschlagen, den Drehwinkel des Motors über einen z. B. 360-Grad Winkelgeber abzufragen und als Kompensationssignal zur Korrektur des äußeren Drehmoments zu verwenden.

Diese Weiterbildung eignet sich insbesondere für hochsensibles Bandmaterial bei kleinsten Zugkräften und bei dynamischen Profil der Bandabzugsgeschwindigkeit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung der vorliegenden Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Abziehen von Bändern nach dieser Erfindung.

Derartige Vorrichtung besteht aus einem Maschinenrahmen 1 zur Aufnahme u. a. einer Spulspindel 2. Die Spulspindel steht mit einem Antriebsmotor 3 in Verbindung. Der Antriebsmotor 3 hat die Funktion, die Spulspindel 2 so schnell in Abwickelrichtung des daraufgewickelten Bandes anzutreiben, daß deren Umfangsgeschwin­ digkeit 4 der Bandabzugsgeschwindigkeit 5 entspricht. Der An­ triebsmotor ist ein Gleichstrommotor.

Bei dem aufgewickelten Band handelt es sich z. B. um doppelseiti­ ges Klebeband, wie es zum Befestigen von Zierleisten im Fahr­ zeugbau benötigt wird. Hierzu ist das aufgewickelte Band beid­ seitig mit Abdeckschichten, sogenanntem Liner, bedeckt.

Beim Abwickeln soll einer der Liner abgezogen und abgelegt werden. Hierzu dient eine Aufwickeleinrichtung 6, die elektromo­ torisch angetrieben ist.

Um eine Überdehnung des Klebebandes sowie ggf. des Liners zu vermeiden, greift der Antrieb an der Aufwickeleinrichtung mit vorgegebenem Drehmoment an. Das Drehmoment ist so vorgegeben, daß einerseits der Liner straff gehalten wird, andererseits jedoch ein Abreißen des Liners vermieden wird.

Zusätzlich unterstützt das Aufwickelmoment der Aufwickeleinrich­ tung die Wirkung der Abzugskraft. Der aufgewickelte Liner zieht an der Abzugspule in derselben Drehrichtung wie die Verarbei­ tungslinie und unterstützt damit durch Kräfteaddition den Abzug des Klebebandes im Abzugspunkt.

Falls erforderlich kann eine Drehmomentanpassung der Aufwickel­ einrichtung erfolgen, welche den Effekt des zunehmenden Durch­ messers an der Aufwickelrolle kompensiert.

Für den Antrieb der Aufwickeleinrichtung wird ein bürstenloser und insbesondere auch zusätzlich eisenloser Gleichstrommotor verwandt, der wegen fehlender oder nur geringer magnetischer Induktion schnelle Reaktionszeiten ermöglicht.

Die Trennung des Liners vom abgezogenen Klebeband erfolgt an einer Trennrolle 7. Die Trennrolle 7 wird hierzu zunächst von dem noch beidseitig mit der Schutzabdeckung (=Liner) versehenenn Klebeband 8 angelaufen, die Linerschicht der Trennrolle 7 zu­ gewandt. Dort erfolgt eine scharfe Umlenkung des abzuwickelnden Liners 9 in Richtung zu dessen Aufwickelrolle 6, während das von diesem Liner befreite Klebeband 10 unter lediglich geringer Um­ lenkung zur Führungsrolle 11 läuft.

Die Trennrolle ist antihaftbeschichtet, um im Falle eines Rück­ laufs des Klebebandes ein Anhaften desselben an der nun unge­ schützten klebeaktiven Oberfläche zu vermeiden.

Bekannterweise ist das Klebeband 8 in Kreuzwicklung auf der Spule 12 abgelegt. Von der Führungsrolle 11 wird das von dem einen Liner befreite Klebeband 10 dann einer Einebenenrolle 13 zugeführt. Diese Einebenenrolle 13 weist eine Umfangskerbe 14 auf, in welcher das Klebeband im wesentlichen changierfrei einliegt, um anschließend im Wesentlichen in einer einzigen Ebene weitergeführt zu werden.

Hierzu besteht die weitere Besonderheit, daß hinter der Eineben­ enrolle 13 das vom Liner befreite Klebeband noch einmal auf die Spule 12 gelenkt wird und die äußerste Wickelschicht mit dersel­ ben Geschwindigkeitsrichtung und derselben Geschwindigkeit berührt. Infolge daß dann das Klebeband noch um einen bestimmten Winkel α um die Spule 12 herumgeführt wird, also eine Teilum­ schlingung erfolgt, wird ein vorteilhafter Zusätzlicher Förder­ effekt hervorgerufen.

Der Vorteil ergibt sich daraus, daß bei kleiner Abzugskraft in der Verarbeitungslinie eine zusätzliche Abwickelkraft im Ablöse­ punkt P von der Bandspule bereitsteht. Insbesondere bei Klebe­ bändern ergibt sich nämlich das Problem miteinander Verklebter Wickelschichten. Sobald deren Verklebung so stark ist, daß die Abzugskraft in der Verarbeitungslinie nicht ausreichen Würde, um die Verklebung zu lösen, tritt der Eytelwein′sche Effekt ein und löst die Klebestelle auf.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Teilumschlingung (Winkel α) eine bis zu 5-fach höhere Abzugkraft im Ablösepunkt P erzielbar ist, als die Abzugkraft der Verarbeitungslinie beträgt.

Nach teilweiser Umschlingung der Spule 12 läuft das Band dann zur Zugkraftwaage 15.

Im gezeigten Fall besteht die Zugkraftwaage 15 aus einem mittig gelagerten Schwenkhebel 16. Die Achse des Schwenkhebels 16 ist parallel zur Achse der Spule 12 und ragt soweit aus der Front­ fläche des Maschinenrahmens 1 heraus, daß die an den beidersei­ tigen Endes des Schwenkhebels befindlichen Bandumlenkrollen 17, 18 in einer Ebene mit der mittleren Rollenebene der Eineben­ enrolle 13 liegen.

Der Schwenkhebel 16 ist mit einem Grunddrehmoment beaufschlagt Das Grunddrehmoment wird von einem elektromotorischen Kraftgeber 19 erzeugt, welcher drehfest mit der Drehachse des Schwenkhebels 16 Verbunden ist. Das Grunddrehmoment ist auf die Bandspannung so abgestimmt, daß der Schwenkhebel, ausgehend von seiner ge­ zeigten Betriebsstellung (=Sollstellung), in etwa gleich weit zu beiden Drehrichtungen beweglich ist.

Unter Zuhilfenahme eines Elektromotors zum Aufprägen des Grund­ drehmoments läßt sich dies z. B. dadurch Erreichen, daß der Elektromotor mit der halben Betriebsspannung beaufschlagt wird.

Wesentlich ist auch, daß das aufgeprägte Drehmoment durch einge­ prägten Strom erzeugt wird. Dabei ist berücksichtigt, daß dreh­ momentverändernde Temperatureffekte an der Motorwicklung durch Nachregelung auf konstanten Stromwert kompensiert Werden. Dies erfolgt durch Anpassung der Versorgungsspannung an den jeweili­ gen elektrischen Widerstand der Motorwicklung.

Zusätzlich kann ein mechanischer Anschlag 32 zur Begrenzung der Endstellungen des Schwenkhebels Vorgesehen sein. Im geregelten Betrieb werden diese Endstellungen jedoch nur im Störfall er­ reicht. Hierzu kann die Ausgabe eines Störsignals vorgesehen sein.

Im gezeigten Fall handelt es sich um einen bürstenlosen und Zugleich eisenlosen Gleichstrommotor.

Die Drehstellung des Rotors 20 gegenüber dem Stator 21 Wird über einen Winkelsensor 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal kann einem Regler 23 aufgegeben und dort mit einem entsprechenden Sollwert 24 verglichen werden. Weichen Soll-Wert und Ist-Wert voneinander ab, so wird von dem Regler 23 ein mit entsprechendem Vorzeichen behaftetes Stellsignal 25 ausgegeben und zur Drehzahlsteuerung 26 weitergeleitet. Von dort aus erfolgt entsprechende Nachregelung der Drehzahl des An­ triebsmotors 3. Hierdurch wird die Umfangsgeschwindigkeit der Spule 12 so verändert, daß die Zugkraftwaage wieder in die Sollstellung gebracht wird.

Als Regler 23 ist hier ein sogenannter PID-Regler verwendet mit dem Vorteil einer kombinierten Kraft- und Lageregelung.

Zusätzlich kann über den Winkelgeber 22 die Winkelstellung des Gleichstrommotors abgefragt werden. Der Winkelgeber 22 dient in diesem Fall nicht nur zur Erzeugung eines Steuersignals für den Motor der Spulspindel sonder auch folgendem Zweck:
Mit diesem Steuersignal kann über eine Abzweigung zusätzlich ein Meßwert für ein Kompensationssignal 28 erzeugt Werden, um die über die Winkelfunktionen bestimmte Nichtlinearität zwischen äußerem Drehmoment und Bandzugdrehmoment zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird das Kompensationssignal 28 vorzeichenbehaftet bezüglich des drehmomentbestimmenden Gleichstromsignal 29 be­ rücksichtigt.

Zu diesem Zweck wird das abgezweigte Steuersignal einem Funk­ tionsnetzwerk 31 zugeführt. Dort ist ein funktionaler Zusammen­ hang abgespeichert, der aus dem abgezweigten Steuersignal ein kompensierendes Signal erzeugt, welches zur Linearisierung des Systems führt, sobald die Winkelauslenkungen des Schwenkhebels einen deutlichen nichtlinearen Zusammenhang nach sich ziehen würden.

Die vorzeichenbehaftete Berücksichtigung des Winkeleinflusses wird zum elektromotorischen Kraftgeber 19 zurückgeführt.

Der Schwenkhebel 16 ist mit gewichtserleichternden Ausnehmungen 30 versehen und bevorzugt auch ausgewuchtet, damit lediglich das Massenträgheitsmoment des Schwenkhebels in die Dynamik des Systems eingeht.

Alternativ oder zusätzlich können Leichtbaumaterialien oder konstruktive Leichtbaumerkmale Anwendung finden, um das Massen­ trägheitsmoment des Schwenkhebels zu minimieren.

Bezugszeichenliste

1 Maschinenrahmen
2 Spulspindel
3 Antriebsmotor
4 Umfangsgeschwindigkeit
5 Bandabzugsgeschwindigkeit
6 Aufwickeleinrichtung für Liner
7 Trennrolle
8 Klebeband mit Liner
9 Liner
10 Klebeband ohne Liner
11 Führungsrolle
12 Spule
13 Einebenenrolle
14 Unfangskerbe
15 Zugkraftwaage
16 Schwenkhebel
17 Bandumlenkrolle
18 Bandumlenkrolle
19 elektromotorischer Kraftgeber
20 Rotor
21 Stator
22 Winkelsensor, Winkelgeber
23 Regler
24 Sollwert
25 Stellsignal
26 Drehzahlsteuerung
28 Kompensationssignal
29 drehmomentbestimmendes Signal
30 Ausnehmung im Schwenkhebel
31 Funktionsnetzwerk

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Abziehen von Bändern, insbesondere von zugempfindlichen klebstoffbeschichteten und auf der Kleb­ stoffseite mit abzuziehendem Liner abgedeckten Bändern von Spulen, deren Spulspindel motorisch mit einer Umfangsge­ schwindigkeit angetrieben ist, die der Bandabzugsgeschwin­ digkeit entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das abgezogene Band über ein nachgiebiges Hebelsystem mit Umlenkeinrichtungen geführt wird, dessen Hebelweg zur Pufferung von Differenzen zwischen Abzugs- und Umfangsgeschwindigkeit dient (= Zugkraftwaage), und dessen Abweichung von vorgegebener Sollstellung er­ faßt wird und für die Erzeugung eines Stellsignals zur Drehzahlsteuerung des Spulenantriebsmotors dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraftwaage ein mittig gelagerter Schwenkhebel ist, der an seinen beiden Enden mit Bandumlenkein­ richtungen versehen ist, welche einem aufgeprägten äußeren Drehmoment entgegenwirkend S- bzw. Z-förmig umschlungen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Drehmoment von einem elektromotorischen oder pneumatischen Kraftgeber erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromotorische Kraftgeber ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Kraftgeber eine leichtlaufende Kol­ ben-Zylinder Einheit.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung des Schwenkhebels bezüglich der Sollstellung abgefragt und als Kompensationssignal zur Winkelabhängigen Korrektur des äußeren Dreh­ moments verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner einer Aufwickeleinrichtung zugeführt wird, die von einem Antrieb mit einstellbarem Drehmoment angetrieben ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal über einen PID-Regler dem Spulenan­ trieb aufgegegeben wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Schwenkhebel ausgewuchtet ist.