DE19923204A1 - Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen (20), insbesondere für Rollenrotationsdruckmaschinen. Die Mittellage (12) einer zur Spannung der Bahn (20) verwendeten Schwingwalze (3) wird mittels eines Integrators (7) reibwertunabhängig stabilisiert. Dem Integrator (7) ist ein Proportional-Differential-Glied (10) parallel geschaltet. Die Eingänge des Integrators (7) und des P-D-Gliedes (10) sind direkt oder indirekt mit einem Pendelwalzengeber (4) verbunden. Die Ausgänge des Integrators (7) und des P-D-Gliedes (10) wirken auf ein Addierglied (8). Der Ausgang des Addiergliedes (8) wirkt direkt oder indirekt auf eine Bremse (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwickeleinrichtung gemäß Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Aus der DE 41 28 860 A1 ist eine Regelanordnung für Abwic­ keleinrichtungen für Bahnen bekannt. Hier wird mit einem Integrator in der Regelanordnung gearbeitet, der die Verstär­ kung des Regelkreises einstellt und die Mittenstellung der Tänzerwalze regelt. Ein Nachteil ist die hohe Verstärkung mit der gearbeitet werden muß, um die Mittenstellung der Tänzer­ walze zu regeln. Außerdem ist nachteilig zu erwähnen, daß in dieser Regelanordnung nur mit negativem Moment, d. h. nur mit der Bremse, die Regelung erfolgt.

Aus der DE 195 20 955 A1 ist es bekannt, eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen mit einem Vierquadran­ tenantrieb zu realisieren. Diese Antriebsform ist sehr auf­ wendig und teuer. Außerdem ist als Nachteil zu erwähnen, daß die Regelanordnung eine reine Drehzahlregelung ist, die ihr Drehzahlsignal immer aus dem Rollendurchmesser bzw. dessen Adaption berechnen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die ohne ein Durchmessersignal der Wickelrolle, unter voller Nutzung der Vorteile eines Zusammenspieles von Antrieb und Bremse, deren Regelung ermög­ licht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Anwendung der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

Die Erfindung ermöglicht den Betrieb einer Vierquadrantenre­ gelung 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 des Schwing­ walzensystems von der Mittellage auf. Danach tritt kein Restfehler auf, wobei das Schwingwalzensystem auf Mittellage ausgeregelt ist.

Die Vierquadrantenregelung wird gebildet aus einem Zweiqua­ drantenantrieb und einer Bremse, wobei die positiven Momente, d. h. Antrieb und Beschleunigung der Wickelrolle, vom Zweiqua­ drantenantrieb und die negativen Momente, d. h. das Abbremsen der Wickelrolle, von der Bremse übernommen bzw. geregelt werden.

Ein bedeutungsvoller Vorteil der Erfindung kommt besonders in der Momentenregelung der Regelanordnung zur Geltung, wobei sich durch die Erfindung ein gebremster Rollenwechsler mit Hilfsantrieb realisieren läßt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das System auch bei einem Ausfall des Antriebes nur über die Bremse geregelt werden kann. Somit ergibt sich eine Notlaufvariante der Regelung der Bahnspannung nur mit Hilfe der Bremse.

Ein Vorteil der Erfindung ist es auch, daß ein positives Moment vom Antrieb auf den Rollenkern geleitet wird, da die Wickelrolle bei positiven Beschleunigungswerten der Bahn bzw. starken Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie beim Papierein­ ziehen auftreten können, durch den Zug der Bahn beschleunigt werden muß.

Weiterhin wird eine hohe Regelstabilität dadurch erreicht, daß über den Integrator eine reibwertunabhängige Bremsvor­ steuerung realisiert wird, die als Dämpfung wirkt.

Die Regelkreisverstärkung kann dadurch relativ niedrig gehal­ ten werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte alle wesentlichen Elemente beinhal­ tende Regelstruktur und

Fig. 2 eine Ausgestaltung der Regelstruktur von Fig. 1.

In Fig. 1 wird eine vereinfachte Regelstruktur gezeigt, die alle wesentlichen Elemente enthält.

Eine Wickelrolle (1) ist im Kern auf einer Seite mit einem Motor (2) verbunden, dessen Drehzahlistwert durch einen Tachometer o. ä. (14) an den Motorregler (13) zurückgemeldet wird.

Auf der anderen Seite greift eine pneumatisch, über einen Elektro-Pneumatik-Wandler (6), angesteuerte Scheibenbremse (5) ebenfalls im Kern der Rolle (1) an.

Die von der Rolle (1) abgewickelte Bahn (20) gelangt über ein Schwingwalzensystem (3) in die Druckmaschine.

Eine bestimmte Bahnspannung wird erzeugt, indem die Schwing­ walze (3) mit einer definierten Kraft (F) in eine Bahnschlau­ fe gedrückt wird. Diese Kraft (F) wird von einem nicht näher beschriebenen pneumatischen Rollenmembranzylinder aufge­ bracht, der wiederum über einen Elektro-Pneumatik-Wandler angesteuert wird.

Somit kann die Bahnspannung durch eine analoge Spannung am Eingang des Elektro-Pneumatik-Wandlers verändert werden. Die Winkellage der Schwingwalze (3) wird durch einen berüh­ rungslos arbeitenden Geber (4) erfaßt. Er liefert ein analo­ ges Ausgangssignal von +10 V bis -10 V DC.

Die Aufgabe der Regeleinrichtung im Rollenkern besteht darin, die Schwingwalze (3) immer möglichst in ihrer Mittellage (12) zu halten. Dynamische Störungen können die Schwingwalze (3) auslenken, ohne daß größere Bahnspannungsänderungen entste­ hen, dabei sollen die Endlagen ihres Arbeitsbereiches nicht berührt werden.

Um eine Spannung der Papierbahn (20) zu erzielen, muß die Wickelrolle (1) ständig abgebremst werden. Geschwindigkeit­ sänderungen an der Bahn (20) oder Maschine wirken sich dabei als dynamische Störgrößen aus.

Die extremsten Störungen treten bei einem Sicher-Halt der Maschine auf, dabei sind Verzögerungen bis ca. 1,5 m/s2 möglich.

Da die Papierrolle (1) bei positiven Beschleunigungswerten der Bahn bzw. starken Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie beim Papiereinziehen auftreten können, durch den Zug der Bahn (20) beschleunigt werden muß, ist es vorteilhaft, über den Motor (2) zusätzlich ein positives Moment auf den Rollenkern zu leiten.

Auf diese Weise kann auch die Restreibung überwunden werden, die als störende zusätzliche. Bremswirkung bei kleinen Rollen­ radien und hoher Drehzahl auftritt.

Der Motor (2) wird außerdem benötigt, um eine neue, zur fliegenden Klebung vorbereitete Rolle auf eine Umfangsge­ schwindigkeit zu beschleunigen, die exakt der Bahngeschwin­ digkeit der kleiner werdenden Produktionsrolle entspricht. Außerdem wird nach dem Abschneiden der alten Bahn, die schon abgewickelte Papierfahne durch den Motor (2) auf die Hülse zurückgewickelt.

Bei einer konstanten Bahngeschwindigkeit ist ein bestimmter Bremsdruck erforderlich, um die Schwingwalze (3) in ihre Mittellage (12) zu bringen.

Dieser Bremsdruck ist abhängig vom aufzubringenden Bahnzug, dem Durchmesser der Rolle (1) und von der Verstärkung bzw. vom Reibungskoeffizienten der Bremse, der allerdings nicht konstant ist. Er kann sich in Abhängigkeit von Temperatur, Flächenpressung und Reibgeschwindigkeit erheblich ändern. Aus diesem Grund ist eine Vorherberechnung des erforderlichen Bremsdruckes aus den oben genannten Parametern nicht möglich.

Ein Integrator (7), der mit dem Winkelgeber (4) der Schwing­ walze (3) verbunden ist, und dessen Ausgang über ein Addier­ glied (8) den Elektro-Pneumatik-Wandler (6) und damit die Bremse (5) ansteuert, wird den Bremsdruck genau und unabhän­ gig von Reibwert und Durchmesser auf einen Wert einstellen, der die Schwingwalze (3) in die Mittelstellung (12), ent­ spricht 0 V am Winkelgeberausgang, führt.

Die Integrationszeit muß allerdings wesentlich langsamer eingestellt werden, als die Reaktionszeit von Schwingwalzen­ bewegung und Bremswirkung, sonst arbeitet die Regelung nicht stabil und schwingt sich auf.

Dynamische Störungen werden ausgeregelt, indem positive Schwingwalzen-Winkelsignale (es muß stärker gebremst werden) über das polaritätsabhängige Glied (9) auf ein Proportional- Differential-Glied (10) gelangen, dessen Parameter voreinge­ stellt werden können, und danach mit einem weiteren Eingang des Addiergliedes (8) verbunden sind.

Somit kann zusätzlicher Druck auf die Bremse (5) gebacht werden, bis der Integrator (7) nachgeregelt hat oder die Störung endet.

Negative Winkelsignale gelangen über das polaritätsabhängige Glied (11) auf den Stromsollwerteingang des Motorreglers (13).

Durch das entstehende positive Moment an der Rolle (1) wird die Schwingwalze (3) so lange beeinflußt, bis der Integrator (7) nach unten nachgeregelt hat, oder die Störung beendet ist.

Durch den Integrator (7) wird somit eine adaptive Bremsenvor­ steuerung realisiert, die sich automatisch an Bahnzug, Durch­ messer und Bremsverstärkung anpaßt. Steht die Schwingwalze (3) ruhig in Mittellage (12), wirkt allein der Integrator (7) zur Bremsmomentbildung.

Bei Geschwindigkeitsänderungen der Maschine wird die Schwing­ walze (3) aufgrund der Rollenträgheit aus der Mittellage (12) auslenken. Hierbei muß der Integratorwert eingefroren werden, da er sonst beim Übergang in den stationären Betrieb auf einen zu hohen oder zu niedrigeren Wert integriert hat.

Dynamische Störungen bewirken eine Änderung in der Schwing­ walzenstellung. Dabei können sowohl zusätzliches Bremsmoment, als auch treibendes Moment je nach Auslenkungsrichtung aufge­ bracht werden.

In Fig. 2 wird eine Ausgestaltung dieser oben beschriebenen Regelstruktur gezeigt.

In den Signalweg des Schwingwalzen-Winkelgebers (4) wurde ein Kennlinienbildner (15) gelegt, der durch eine nachgebildete S-Kennlinie den Einfluß der Schwingwalze (3) in Abhängigkeit ihrer Stellung verändert.

Um die Mittellage (12) herum ist der Einfluß geringer, um sich gegen die Endlagen immer mehr zu steigern. Dadurch soll bei großen Störungen verhindert werden, daß die Schwingwalze (3) an den Endlagen anschlägt.

Der Integrator (7) wurde mit einer Anfangswert-Aufschaltung versehen. Durch sie wird sein Ausgangswert voreingestellt. Diese Voreinstellung ist beim Anfahren mit einer unbekannten Rolle (1) nötig, dabei wird der Anfangswert (A) in Abhängig­ keit vom aufzubringenden Bahnzug so eingestellt, daß bei maximal möglichem Durchmesser, die Schwingwalze (3) gerade noch in ihre Mittellage (12) gezogen wird.

Nach der Klebung muß die neue, große Rolle (1) ebenfalls einen Anfangswert (A) erhalten, er errechnet sich aus dem (bekannten) Durchmesser und dem momentanen Bahnzug (Breite × Bahnspannung).

Beim Sicher-Halt wird ebenfalls ein Wert aufgeschaltet, der sich aus dem Ausgangswert des Integrators (7) vor dem Halt und dem aktuellen Rollendurchmesser berechnet.

Da bei kernbeeinflußten Rollen (1) der Radius als Hebelarm wirkt, muß mit kleiner werdendem Rollendurchmesser auch der Einfluß der Schwingwalze (3) geringer werden.

Aus diesem Grund werden die Signale für zusätzliche Bremswir­ kung und zusätzliche treibende Wirkung je ein Multiplizier­ glied (17, 18) eingesetzt, das durch Signalverringerung an seinem zweiten Eingang die Verstärkung reduziert.

Dieses Signal kann vorteilhafterweise aus dem Ausgangssignal des Integrators (7) gewonnen werden, da sich dieses ebenfalls mit dem Durchmesser verringert.

Ein zusätzliches Addierglied (8) vor dem EPW (6) ermöglicht außerdem die Einstellung eines Minimalbremsdruckes (p). Dieser ist erforderlich, um die Federwirkung der Backenrück­ stellung zu überwinden und einen Auf/Zu-Effekt bei sehr niedrigen Drücken zu vermeiden.

Ein Inverter (16) dreht das Vorzeichen im Motorsignal, da der Motor (2) ebenfalls ein positives Moment erzeugen muß.

Zum Synchronisieren der Laderolle, d. h. der neuen Rolle, und zum Rückwickeln der Restrolle muß der Motor (2) drehzahlgere­ gelt betrieben werden. Deshalb wird der Moment-Sollwert (I) abgeschaltet und ein Drehzahlsollwert (n) wird aufgeschaltet. Die Drehzahl für das Synchronisieren errechnet sich aus dem Kehrwert des Durchmessers und der Maschinengeschwindigkeit. Dabei wird der Durchmesser der Laderolle aus der Winkelstel­ lung des Tragarmes berechnet, die beim Drehstop in Klebestel­ lung ermittelt wird.

Die gesamte Regelstruktur ist Bestandteil des Steuerprogram­ mes im Rollenwechsler. Die Darstellung als Analogsignalrege­ lung dient lediglich dem besseren Verständnis.

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

Bezugszeichenliste

1

Wickelrolle

2

Zweiquadrantenantrieb

3

Schwingwalzensystem

4

Meßwertgeber

5

pneumatische Scheibenbremse

6

Elektro-Pneumatik-Wandler

7

Integrator

8

Addierglied

9

Polaritätsabhängiges Glied

10

Proportional-Differential-Glied

11

Polaritätsabhängiges Glied

12

Mittellage

13

Motorregler

14

Tachometer/Drehzahlistwertgeber

15

Kennlinienbildner

16

Inverter

17

Multiplizierglied

18

Multiplizierglied

19

Addierglied

20

Bahn

21

Moment-Sollwert

22

Drehzahlsollwert
A Anfangswert
F Kraft
I Moment-Sollwert
n Maschinendrehzahl/Synchrondrehzahl
p Minimalbremsdruck
v Minimalverstärkung

Claims (7)

1. Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen (20), insbesondere für Rollenrotationsdruckmaschinen, gekenn­ zeichnet dadurch,

• - daß die Mittellage (12) einer zur Spannung der Bahn (20) verwendeten Schwingwalze (3) mittels eines Inte­ grators (7) reibwertunabhängig stabilisiert wird, wobei dem Integrator (7) ein Proportional-Differential-Glied (10) parallel geschaltet ist,
• - daß die Eingänge des Integrators (7) und des P-D- Gliedes (10) direkt oder indirekt mit einem Pendelwal­ zengeber (4) verbunden sind,
• - daß die Ausgänge des Integrators (7) und des P-D- Gliedes (10) auf ein Addierglied (8) wirken, wobei der Ausgang des Addiergliedes (8) direkt oder indirekt auf eine Bremse (5) wirkt.

2. Regelanordnung insbesondere nach Anspruch 1 für Abwic­ keleinrichtungen für Bahnen

• - mit einer die von der Wickelrolle (1) abgezogene Bahn (20) mit einer zur Bahnspannung zu definierenden Kraft (F) belastbaren, einen Meßwertgeber (4) lageabhängig beeinflussenden Schwingwalze (3),
• - mit einem im Zentrum der Wickelrolle (1) angreifenden, die Wickelrollenumfangsgeschwindigkeit beeinflussenden Zweiquadrantenantrieb (2), der mit einem Motorregler (13) verbunden ist,
• - mit einer im Zentrum der Wickelrolle (1) angreifenden, die Wickelrollenumfangsgeschwindigkeit beeinflussenden Scheibenbremse (5),
• - mit einem eingangsseitig mit dem Meßwertgeber (4) verbundenen Integrator (7),
• - mit einem eingangsseitig mit dem Meßwertgeber (4) verbundenen Proportional-Differential-Glied (10)

gekennzeichnet dadurch,

• - daß die von einem Lagesignal Null in der Mittellage der Schwingwalze (3) positiv oder negativ abweichenden Lagesignale des Meßwertgebers (4) sowohl über einen ersten Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (11), über einen zweiten Leitungsstrang dem Integrator (7), als auch über einen dritten Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (9) zugeführt werden,
• - daß die Verbindung von Meßwertgeber (4) und Integrator (7) im zweiten Leitungsstrang erfolgt,
• - daß die Verbindung von Meßwertgeber (4) und polaritäts­ abhängigem Glied (9) im dritten Leitungsstrang erfolgt,
• - daß das polaritätsabhängige Glied (11) ausgangsseitig mit dem Eingang für den Momentensollwert des Motorreg­ lers (13) und eingangsseitig mit dem Meßwertgeber (4) in Verbindung steht,
• - daß das polaritätsabhängige Glied (9) ausgangsseitig mit dem P-D-Glied (10) und eingangsseitig mit dem Meßwertgeber (4) in Verbindung steht,
• - daß die Scheibenbremse (5) mit einem Elektro-Pneumatik- Wandler (6) verbunden ist,
• - daß der Elektro-Pneumatik-Wandler (6) eingangsseitig mit einem Addierglied (8) verbunden ist,
• - daß das Addierglied (8) eingangsseitig mit dem Integrator (7) und dem P-D-Glied (10) verbunden ist,
• - daß der Motorregler (13) zusätzlich mit der Synchron­ drehzahl (n) als Eingangssignal beaufschlagt ist, das sich aus der Maschinendrehzahl (n) multipliziert mit dem Kehrwert des Durchmessers der Ersatzwickelrolle (1) berechnet,
• - daß vom Zweiquadrantenantrieb (2) auf das Zentrum der Wickelrolle (1) ein positives Moment geleitet wird.

3. Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß eingangsseitig mit dem Meßwertgeber (4) und ausgangsseitig mit den drei Leitungssträngen ein Kennli­ nienbildner (15) angeordnet ist.

4. Regelanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Integrator (7) mit einem Anfangswert (A) beaufschlagt wird, und daß das eingangsseitig mit dem In­ tegrator (7) verbundene Addierglied (8) zusätzlich mit einem Minimaldruckwert (p) beaufschlagt wird.

5. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Multiplizierglied (18) eingangsseitig mit dem P-D-Glied (10) und ausgangsseitig mit dem Addier­ glied (8) verbunden ist, außerdem ist das Multiplizier­ glied (18) zusätzlich eingangsseitig mit einem mit einer Minimalverstärkung (v) beaufschlagten Addierglied (19) verbunden, welches eingangsseitig mit dem Integrator (7) verbunden ist.

6. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem polaritätsabhängigen Glied (11) und dem Motorregler (13) ein Inverter (16), der eingangs­ seitig mit dem polaritätsabhängigen Glied (11) verbunden ist, und ein Multiplizierglied (17), das eingangsseitig sowohl mit dem Inverter (16), als auch zusätzlich mit dem Ausgang des Addiergliedes (19), und ausgangsseitig mit dem Motorregler (13) verbunden ist, angeordnet.

7. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die zwischen dem Meßwertgeber (4) und dem Motorregler (13), sowie zwischen dem Meßwertgeber (4) und dem Elektro-Pneumatik-Wandler (6) angeordneten Schaltele­ mente anstatt in der Analogschaltungstechnik ganz oder teilweise in einem Rechner realisiert sind.