DE19520955C2

DE19520955C2 - Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen

Info

Publication number: DE19520955C2
Application number: DE1995120955
Authority: DE
Inventors: Bernd Mehlis
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland Web Systems GmbH
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2015-06-09
Also published as: DE19520955A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwickeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Abwickeleinrichtungen für Bahnen sind mit Regeleinrichtungen ausgestattet, die eine konstante, vorgebbare Bahnspannung durch eine die Bahn entspre chend belastende, vorzugsweise als Pendelwalze gestaltete Tänzerwalze ermöglichen, wobei eine stabile Mittellage der Pendelwalze zwischen ihren beiden Endlagen angestrebt wird.

Im einfachen Fall sind die Mittel zur Beeinflussung der Drehzahl der Wickel rolle als Bremseinrichtung ausgeführt. Auf Grund des Fehlens eines Antrie bes für die stets gebremste Wickelrolle entstehen Probleme bei der Ausrege lung dynamischer Störungen in Gestalt starker Abweichungen der Pendel walze von der stabilen Mittellage.

Ein reines Bremssystem arbeitet wesentlich näher an der Stabilitätsgrenze als ein auch Momentenwechsel im treibenden Bereich ermöglichendes Regelsystem. Ein Bremssystem kann erst eine Bahnspannung aufbauen, wenn die Bahn nach der Pendelwalze gezogen wird.

Auf Grund der genannten Mängel werden hochwertige Abwickeleinrichtun gen mit einem am Umfang oder dem Zentrum der Wickelrolle angreifenden, drehzahlgeregelten Vierquadrantenantrieb ausgestattet.

Bei dem bevorzugten Zentrumsantrieb werden hohe Ansprüche an die Regeleinrichtung gestellt, da die Drehzahl der Wickelrolle über das reziproke Verhältnis des Rollendurchmessers mit der Bahngeschwindigkeit verknüpft ist und damit Drehzahlverhältnisse von mehr als 1 : 1000 sicher von der Regeleinrichtung beherrscht werden müssen. Dabei wird der für den Rollen durchmesser errechnete Reziprokwert mit dem Wert für die Bahngeschwin digkeit multipliziert und als Produkt dem Regler als Drehzahlsollwert vorgegeben. Zur Kompensation eines vorhandenen Restfehlers wird der Drehzahlsollwert entsprechend der jeweiligen Stellung der Pendelwalze korrigiert. Dabei gibt die Pendelwalze über einen Meßwertgeber in der gewünschten Mittelstellung den Wert Null und in ihren Endlagen jeweils positive bzw. negative Stellungswerte ab.

Bei dieser Lösung ist die notwendige Durchmesserberechnung der Wickelrolle aus dem Verhältnis von Bahngeschwindigkeit und Rollendrehzahl nachteilig, da zuvor von der zu berechnenden Wickelrolle eine Bahnstrecke abgezogen werden muß. Während dieser Zeit arbeitet der Antrieb der Wickelrolle mit einem falschen Sollwert, was eine starke Pendelwalzenbewegung und evtl. unerwünschte Bahnspannungsänderungen zur Folge hat.

In der DE 41 03 477 C2 wird ein Lösungsprinzip ohne Verwendung eines Durchmessersignals beschrieben, bei der die Regelung - auch bei Vorhandensein eines Vierquadrantenantriebes - ausschließlich über das Bremsmoment erfolgt. Treibende Drehmomente sind aber für das Ausregeln dynamischer Störungen, bei vorhandener Restreibung und für die Stabilität der Regelung wichtig.

Das gleiche Lösungsprinzip liegt der DE 41 28 860 A1 zugrunde, bei der ebenfalls nur mit einem Bremsmoment gearbeitet werden kann. Mit einem kleiner werdenden Durchmesser der Wickelrolle reduziert sich auch der Sollwert für einen vorhandenen Vierquadrantenantrieb. Der Ausgang eines Integrators verhält sich nahezu proportional zum Durchmesser der Wickelrolle und zur Höhe der eingestellten Bahnspannung.

In der EP 0 556 132 A1 ist ein Regelschema für eine in einem Einzugs- oder Auszugswerk verwendbare Walze beschrieben, daß jedoch für eine Wickelrolle ungeeignet ist, da es die sich bei einer Wickelrolle bei der Durchmesserabnahme ständig erhöhende Drehzahl nicht berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die ohne ein Durchmessersignal der Wickelrolle, unter voller Nutzung der Vorteile eines Vierquadrantenantriebes dessen Regelung in allen Bereichen des Antriebes sowohl bei treibendem als auch bremsendem Moment ermöglicht. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erfüllt.

Die Erfindung ermöglicht den Betrieb einer Vierquadrantenregelung ohne ein zu berechnendes Durchmessersignal. Beim Anfahren der Maschine mit einer Wickelrolle unbekannten Durchmessers tritt nur eine kurzzeitige, geringe und damit für die Bahnspannung bedeutungslose Abweichung der Pendelwalze von der Mittellage auf. Danach tritt kein Restfehler auf, womit die Pendelwalze auf Mittellage ausgeregelt ist. Auch kann die Bahnspannung bereits bei stehender Maschine aufgebaut werden, indem der Antrieb der Wickelrolle langsam rückwärts dreht und die Pendelwalze unter Aufbau der erforderlichen Bahnspannung in die Mittellage zieht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1: eine Abwickeleinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrich tung im Blockschaltbild

Fig. 2: eine Variante zu Fig. 1 unter Verwendung eines Meßwertgebers mit umgekehrter Lagepolarität und der wahlweisen zusätzlichen Schal tung eines Kondensators vor und eines von einem Geber mit einem Anfangswert beaufschlagbaren Addiergliedes nach dem Integrator

Fig. 3: eine Funktionsdarstellung des Ausgangssignales des Integrators und der Lageänderung der Pendelwalze gemäß Fig. 1

Fig. 4: eine Darstellung gemäß Fig. 3 mit einem zusätzlich vor dem Integra tor angeordneten Kondensator nach Fig. 2

In Fig. 1 ist unter Beschränkung auf das für die Erfindung Wesentliche eine Abwickeleinrichtung schematisch dargestellt, deren Wickelrolle 1 von einem Vierquadrantenantrieb 2 zentrumsangetrieben ist.

Die von der Wickelrolle 1 abgewickelte Bahn 3 umschlingt zwischen zwei stationären Bahnführungswalzen 4; 5 in einer Schlaufe eine mit einer zur gewünschten Bahnspannung definierbaren Kraft F konstant belastete Pen delwalze 6, deren Lage von einem Meßwertgeber 7 sowohl an einen Inver ter 8 als auch über einen Eingangswiderstand 9 an einen Integrator 10 signalisiert wird, wobei das Lagesignal in der Mittellage 11 der Pendelwalze 6 null, bei deren Auslenkung aus der Mittellage 11 nach unten positiv und nach oben negativ ist.

Jeweils ausgangsseitig stehen der Inverter 8 direkt und der Integrator 10 unter Zwischenschaltung eines mit der Maschinendrehzahl n beaufschlagten Multipliziergliedes 12 mit einem Addierglied 13 in Verbindung, das einem mit dem Vierquadrantenantrieb 2 verbundenen Drehzahlregler 14 den Drehzahlsollwert vorgibt. Außerdem ist der Vierquadrantenantrieb 2 in einer Rückkopplung über einen Drehzahlistwertgeber 15 mit dem Drehzahlregler 14 verbunden.

Fig. 2 unterscheidet sich einmal prinzipiell gegenüber Fig. 1 durch eine umgekehrte Lagepolarität des Meßwertgebers 7' und eine daraus resultie rende geänderte Anordnung des Inverters 8' vor dem Integrator 10 und zum anderen hinsichtlich einer Optimierung des Lösungsprinzipes durch eine zusätzliche Parallelschaltung eines Kondensators 16 zu dem Eingangswider stand 9 des Integrators 10 und die zusätzliche Anordnung eines von einem Geber 17 mit einem die Mittellage 11 der Pendelwalze 6 bei maximalem Wickelrollendurchmesser und damit das Lagesignal null zu Beginn des Abwickelvorganges des Meßwertgebers 7' gewährleistenden Anfangswert A beaufschlagten Addiergliedes 18 zwischen dem Integrator 10 und dem Multiplizierglied 12.

Bei Maschinenstillstand ist gemäß Fig. 1 das Ausgangssignal des Multipli ziergliedes 12 null, so daß der Drehzahlsollwert für den Vierquadrantenan trieb 2 zunächst nur das Lagesignal des Meßwertgebers 7 berücksichtigt, wobei aus Gründen der Stabilität der Regelschleife der Einfluß der Tänzer walze begrenzt ist.

Um bei stillstehender Maschine und aufgehobener Sperre des Drehzahl reglers 14 eine Bahnspannung aufzubauen, gibt vorerst in der unteren Stel lung der Pendelwalze 6 der Meßwertgeber 7 ein positives Lagesignal an den Inverter 8 ab, der ein negativ gewandeltes Signal über das Addierglied 13 als Drehzahlsollwert dem Drehzahlregler 14 vorgibt, was unter Aufbau der Bahnspannung ein langsames Zurückdrehen der Wickelrolle 1 bis zum Errei chen der Mittellage der Pendelwalze und damit das Lagesignal null zur Folge hat.

Mit dem Anfahren der Maschine steht am Multiplizierglied 12 die Maschi nendrehzahl n als Eingangssignal an, das mit dem Ausgangssignal des Integrators 10 multipliziert dem Addierglied 13 zugeführt ist.

Das mit einem Anfangswert A in Fig. 2 beaufschlagte, zusätzliche Addier glied 18 vermeidet eine Bewegung der Pendelwalze zum Beginn des Abwic kelvorganges bei maximalem Wickelrollendurchmesser.

Die automatische Adaption des Wickelrollendurchmessers erfolgt durch den Integrator 10, der sein Eingangssignal vom Meßwertgeber 7 erhält. Der Integrator 10 bewirkt auf Grund eines bestehenden linearen funktionellen Zusammenhanges zur Lagegveränderung der Pendelwalze 6 aus der Mittel lage 11 eine Drehzahländerung der Wickelrolle 1. Hat der Integrator 10 sein, dem Wickelrollendurchmesser entsprechendes, reziprokes Ausgangssignal erreicht, rufen selbst schnelle Änderungen der Maschinendrehzahl n nur kleine Lageänderungen der Pendelwalze 6 hervor.

Im kritischen Betriebsfall, dem Anfahren der Maschine mit unbekanntem Wickelrollendurchmesser, wird die Lageänderung 19 der Pendelwalze 6 nach oben auf Grund des Drehzahlfehlers der Wickelrolle 1 durch das An steigen der das Ausgangssignal 20 des Integrators 10 verkörpernden Spannung ausgeregelt, da sich das Produkt aus dem Ausgangssignal 20 und der Maschinendrehzahl n vergrößert und die Wickelrolle 1 verhältnis mäßig schneller dreht und die Pendelwalze wieder bis in ihre Mittellage 11 absinkt, wo das vom Meßwertgeber 7 abgegebene Lagesignal und damit die Spannung null ist und das Ausgangssignal 20 des Integrators 10 dem Kehrwert des Wickelrollendurchmessers entspricht (Bild 3).

Eine weitere Verbesserung der Regeldynamik beim Anfahren der Maschine wird durch den Kondensator 16 erreicht. Dabei ändert sich mit zunehmen der Geschwindigkeit einer Lageänderung 19' der Pendelwalze das Aus gangssignal 20' am Integrator entsprechend schneller. Dieses Regelverhal ten erhöht außerdem die Stabilität der Regelschleife bei großen Störungen (Fig. 4).

Eine Verbesserung der Regeldynamik bei Schnell-Stop ist durch ein konstant gehaltenes Ausgangssignal des Integrators 10 mittels eines blockierten Eingangssignales realisierbar. Gleiches trifft auf einen Maschinenstillstand unter Aufrechterhaltung der Bahnspannung zu.

Die beschriebene Analogschaltungstechnik kann ganz oder teilweise mit einem Rechner realisiert werden.

Bezugszeichenliste

1

Wickelrolle

2

Vierquadrantenantrieb

3

Bahn

4

Bahnführungswalze

5

Bahnführungswalze

6

Pendelwalze

7

;

7

'Meßwertgeber

8

;

8

'Inverter

9

Eingangswiderstand

10

Integrator

11

Mittellage

12

Multiplizierglied

13

Addierglied

14

Drehzahlregler

15

Drehzahlistwertgeber

16

Kondensator

17

Geber

18

Addierglied

19

;

19

'Lageänderung

20

;

20

'Ausgangssignal
AAnfangswert
FKraft
nMaschinendrehzahl

Claims

1. Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen

1. mit einer die von der Wickelrolle abgezogene Bahn mit einer zur Bahnspannung zu definierenden Kraft belastbaren, einen Meßwertgeber lageabhängig beeinflussenden, als Pendelwalze ausgebildeten Tänzerwalze (6),
2. mit einem im Zentrum der Wickelrolle angreifenden, die Wickelrollenumfangsgeschwindigkeit beeinflussenden Vierquadrantenantrieb (2), der mit einem Drehzahlregler (14) verbunden ist,
3. mit einem ausgangsseitig mit dem Drehzahlregler (14) und eingangsseitig mit einem Multiplizierglied (12) in Verbindung stehenden Addierglied (13),
4. mit einem ausgangsseitig mit dem Multiplizierglied (12) verbundenen Integrator (10),

gekennzeichnet dadurch,

1. daß die von einem Lagesignal null in der Mittellage der Pendelwalze (6) positiv oder negativ abweichenden Lagesignale des Meßwertgebers (7; 7') sowohl über einen ersten Leitungsstrang dem Addierglied (13) als auch über einen zweiten Leitungsstrang dem Integrator (10) zugeführt werden,
2. daß die Verbindung von Multiplizierglied (12) und Integrator (10) im zweiten Leitungsstrang erfolgt,
3. daß die beiden Leitungsstränge die beiden Eingänge für das Addierglied (13) bilden,
4. daß abhängig zur Lagepolarität des Meßwertgebers (7; 7') dem Addierglied (13) oder dem Integrator (10) im entsprechenden Leitungsstrang ein Inverter (8) vorgeschaltet ist und
5. daß das Multiplizierglied (12) zusätzlich mit der Maschinendrehzahl (n) als Eingangssignal beaufschlagt ist.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Integrator (10) und dem Multiplizierglied (13) ein von einem Geber (17) mit einem bei maximalem Wickelrollendurchmesser die Mittellage (11) der Pendelwalze (6) gewährleistenden Anfangswert (A) beaufschlagtes Addierglied (18) angeordnet ist.

3. Regelanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zu einem Eingangswiderstand (9) des Integrators (10) ein Kondensator (16) parallel geschaltet ist.

4. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die zwischen dem Meßwertgeber (7; 7') und dem Drehzahlregler (14) angeordneten Schaltelemente anstatt in der Analogschaltungstechnik ganz oder teilweise in einem Rechner realisiert sind.