DE2454062A1

DE2454062A1 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE2454062A1
Application number: DE19742454062
Authority: DE
Inventors: Walter Howard Bossons; Colin George Langworthy
Original assignee: Masson Scott Thrissell Engineering Ltd
Current assignee: Masson Scott Thrissell Engineering Ltd
Priority date: 1973-11-17
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1975-05-22
Also published as: JPS5082467A; GB1487557A; US3983467A

Description

Antriebssystem

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, das zwei Motoren aufweist, die nicht notwendigerweise mit der gleichen Drehzahl oder mit konstanten Drehzahlen laufen, sondern mit einem Drehzahlverhältnis, das auf vorbestimmte Werte eingeregelt werden muß. Dieser Fall tritt insbesondere ein bei Querschneidern für laufende Materialbahnen, die in einzelne Blätter zerschnitten werden sollen. Die Materialbahn wird durch Zugwalzen umlaufenden Messerzylindern zugeführt. Die relativen Drehzahlen der Zugwalzen und der Messerzylinder bestimmen die Blattlänge, und das Drehzahlverhältnis wird normalerweise .mittels eines stufenlos veränderlichen Getriebes eingestellt.

üblicherweise werden die Zugwalzen von einem Motor mit im wesentlichen konstanter Drehzahl und die Messerzylinder von dem gleichen Motor über das stufenlos veränderliche Getriebe angetrieben, und zwar deswegen, weil es leichter ist, die Materialbahn, beispielsweise eine Papierbahn, mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen. Die umgekehrte Anordnung ist jedoch auch

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bekannt. Die Wirksamkeit und Leistung eines derartigen Querschneiders ist weitgehend abhängig von dem stufenlos veränderlichen Getriebe, das jedoch erhebliche Nachteile hat, beispielsweise in Bezug auf die Wiederholbarkeit von Einstellungen und seine Lebensdauer sowie dadurch, daß der Bereich, über welchen das Übersetzungsverhältnis und damit die Blattgröße verändert werden kann, begrenzt ist. Außerdem sind stufenlos regelbare Getriebe teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem zu schaffen, bei welchem ein derartiges stufenlos regelbares Getriebe vermieden ist und welches zwei separate Antriebe aufweist, deren Drehzahlen genau in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Antriebssystem, bei welchem zwei Motoren mit einem bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis antreiben, dadurch gelöst, daß der erste Motor eine Grobregelung zur Einstellung seiner Drehzahl auf einen Wert innerhalb eines gegebenen Drehzahlbereiches und der zweite Motor eine Peinregelung aufweist, die in Tätigkeit tritt, wenn dieser genannte Bereich erreicht ist, zwecks Einstellung seiner Drehzahl auf einen Wert, der ein gewünschtes Geschwindigkeitsverhältnis in Bezug auf die Drehzahl des ersten Motors ergibt.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann mit hydraulischen Motoren oder Elektromotoren verwirklicht werden. Bei der Verwendung von hydraulischen Motoren sind diese vorzugsweise in Reihe geschaltet und von einer gemeinsamen Pumpe gespeist. Der zweite Motor kann dabei einen Bypass aufweisen, der eine Strömungs-Feinregelungsvorrichtung enthält, beispielsweise ein schnellwirkendes hydraulisches Servo-Ventil mit hohem Auflösevermögen, welches die Flüssigkeitsströmung durch diesen Motor korrigiert. Der erste Motor kann ein solcher mit veränderlichem Schluckvermögen sein, beispielsweise ein Schiefscheibenmotor, wobei durch die Verschwenkung der Schiefscheibe die Grobeinstellung durch-

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geführt wird. Die Trennung der Grob- und Feinregelung bewirkt ein schnelles Ansprechen. Bei dem hydraulischen Antrieb wird dadurch die Notwendigkeit eines Servoventils vermieden, das einen sehr kleinen Ansprechwert hat und trotzdem einen großen Flüssigkeitsdurchsatz zuläßt, welches in der Praxis unvereinbare Eigenschaften sind.

Die Regelung wird vorzugsweise dadurch bewirkt, daß ein Vergleich zwischen einem eingestellten Geschwindigkeitsverhältnis und dem bei den Motoren festgestellten Drehzahlverhältnis durchgeführt wird. Dadurch kann ein Fehlersignal erhalten werden, welches in Analogverstärkern geformt werden kann, um jeden Motor Korrektursignale zu geben. Der dem ersten Motor zugeordnete Verstärker hat vorzugsweise eine tote Zone bei schwachen oder Null-FehlerSignalen, wobei diese Zone dem vorgenannten Drehzahlbereich entspricht. Der dem zweiten Motor zugeordnete Verstärker ist so ausgebildet, daß er nur dann aktiv wird, wenn solche schwachen oder Null-Fehlersignale vorhanden sind. Die Gesamtgeschwindigkeit des Systems kann durch eine eigene Regelvorrichtung verändert werden, und bei einem Antriebssystem mit Elektromotoren wird diese Regelung vorzugsweise bei dem zweiten Motor durchgeführt. Bei hydraulischen Motoren, die gemeinsam von einer einzigen Pumpe mit veränderlicher Fördermenge versorgt werden, wird die Gesamtgeschwindigkeit durch Veränderung der Pumpenfördermenge erreicht.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Antriebssystems auf einen Querschneider sind vorzugsweise die Zugrollen diejenigen, deren Drehzahl durch die Feinregelung eingestellt wird, während die Drehzahl der Messerzylinder durch die Grobregelung eingestellt wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines hydraulischen Antriebssystems mit zwei Motoren,

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Pig. 2 ein schematisches Diagramm eines elektrischen Antriebssysterns mit zwei Motoren, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines elektronischen Regelkreises für die Antriebssysteme gemäß Pig. 1 und 2.

Die Teile in dem in gestrichelten Linien gezeichneten Rechteck in den Fig. 1 und 2 sind schematische Darstellungen von Teilen eines Querschneiders zum Schneiden einer kontinuierlichen Materialbahn in einzelne Blätter. Die Bahn wird zunächst durch Zugwalzen 1 geführt, die über ein Untersetzungsgetriebe 2 angetrieben werden. Die Messerwalzen 3 hinter den Zugwalzen 1 werden mit einer kontinuierlich veränderlichen Drehzahl über ein Kurbelgetriebe 4 angetrieben, welches seinerseits über ein Untersetzungsgetriebe 5 und ein Schwungrad 6 angetrieben wird. Das Schwungrad 6 läuft mit im wesentlichen konstanter Drehzahl um, und das Kurbelgetriebe 4 transformiert diese konstante Drehzahl in eine zyklisch sich ändernde Drehzahl, wodurch gewährleistet ist, daß die Messerzylinder 3 im Moment des Schneidens im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt werden wie die Materialbahn. Während des übrigen Teils jeder Umdrehung können sie entsprechend der Auslegung des Kurbelgetriebes 4 schneller oder langsamer laufen.

Diese Teile eines Querschneiders sind im einzelnen in den Patentanmeldungen P 23 02 313.4 und P 24 40 496.4 beschrieben. Es ist ersichtlich, daß bei Veränderung des Drehzahlverhältnisses und damit der Blattlänge das Kurbelgetriebe automatisch so eingestellt wird, daß die Schneidgeschwindigkeit gleich der Vorschubgeschwindigkeit ist.

Das hydraulische System von Fig. 1 hat einen Antriebsmotor 11, der eine Hauptpumpe 12 mit veränderlicher Fördermenge antreibt, Der Zugwalzen-Antriebsmotor 13 und der Messerzylinder-Antriebsmotor 14 sind hydraulisch in Reihe geschaltet und werden von

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der Pumpe 12 mit Druckflüssigkeit versorgt. Der Zugwalzenmotor 13 weist einen Bypass 15 auf, welcher ein schnell wirkendes Servoventil 16 mit hohem Auflösungsvermögen enthält, durch welches die Flüssigkeitsströmung durch den Zugwalzenmotor 13 korrigiert werden kann. Diesem ,Ventil 16 wird ein Steuersignal zugeführt, dessen Entstehung später beschrieben wird. Der Messerzylinder-Antriebsmotor 14 ist ein Schiefseheibenmotor mit veränderlichem Schluckvermögen, der durch einen ferngesteuerten Servomotor 17 gesteuert wird.

Es ist ersichtlich, daß die. Betriebsdrehzahl durch Einstellung der Pumpenfördermenge mittels des Drehzahlreglers 18 geregelt werden kann. Die Blattlänge wird grundsätzlich festgelegt durch Einstellung der Schiefscheibe des Messerzylinder-Antriebsmotors 14, und wenn diese Einstellung dem gewünschten Wert angenähert ist, wird die Drehzahl des Zugwalzenmotors 13 für genaues und mit der gewünschten Blattlänge übereinstimmendes Schneiden feingeregelt.

Das System von Fig. 2 hat zwei getrennte, regelbare Elektromotoren 21 und 22 für die Zugwalzen 1 und die Messerzylinder 3. Der Motor 22 für die Messerzylinder 3 ist im allgemeinen stärker als der Motor 21 für die Zugwalzen. Die Grobeinstellung erfolgt wiederum für die Drehzahl der Messerzylinder 3 und die Feineinstellung für die Drehzahl der Zugwalzen 1, und zwar mittels Regelkreisen 24 und 23. ·

Der elektronische Schaltkreis für die Erzeugung der Regelsignale ist in Fig. 3 dargestellt, und zwar für die hydraulischen'Motoren von Fig. 1. Den Motoren 13 und 14 sind Impulsgeber 31 und 32 zugeordnet, die beispielsweise 1000 Impulse pro Umdrehung erzeugen, was eine ausreichend hohe Auflösung ergeben sollte. Die Impulse werden von den Impulsgebern Teilern 33 bzw. 34 zugeführt, die auch ein Eingangssignal von einem Rechenwerk 35 erhalten. Durch eine manuelle Eingabeeinheit 36 in Form eines Satzes von dekadischen Nummernschaltern wird das Drehzahlverhältnis entsprechend der gewünschten Blattlänge eingestellt und in das Rechenwerk 35

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eingegeben. Dieses Eingangssignal wird im Rechenwerk 35 in zwei Paktoren umgewandelt und diese stellen die beiden programmierbaren Teiler 33 und 34 ein, welche die Ausgangssignale der Impulsgeber bis auf gleichen Wert bei dem gewünschten Verhältnis herunterdividieren , und diese Gleichheit wird von einem Komparator 37 festgestellt. Anders ausgedrückt bedeutet das, daß der Komparator 37 ein Nullsignal gibt, wenn die beiden Motoren mit dem gewünschten Drehzahlverhältnis laufen. Wenn jedoch ihr Drehzahlverhältnis von dem eingestellten abweicht, wird ein Fehlersignal erzeugt. Die Signale des Komparators 37 werden den Regelkreisen 23 und 24 zugeführt, welche die Motoren 13 und 14 durch das Ventil 16 und den Servomotor 17 regeln.

Die Charakteristik des Regelkreises 24, welcher den Messerzylinder-Antriebsmotor 14 regelt, ist in dem Blockschaltbild dargestellt. Sie hat eine mäßige Steigung mit einer toten Zone von einem Prozent um Null herum. Wenn also das Fehlersignal Null ist oder nur geringfügig auf der einen oder anderen Seite von Null liegt, ist die tote Zone wirksam und es wird dem Messerzylindermotor 1*4 kein Regelsignal zugeführt. Bei größeren Fehlersignalen wird durch einen Thyristorregler, der einen Teil dieses Schaltkreises bildet, eine Korrektur durchgeführt. Der Schaltkreis 24 kann auch, wie dies bei Thyristorreglern üblich ist, zusätzliche Analogstufen für Formung, Strombegrenzung und Beschleunigungsregelung aufweisen. Es kann auch nötig sein, einen zugehörigen integrierenden Schaltkreis, dem die Fehlersignale zugeführt werden, vor dem Regelkreis 24 vorzusehen.

Der Regelkreis 23_s der ebenfalls das Fehlersignal erhält, hat eine solche Charakteristik, daß er keine Feinregelung durchführt, bis der Messerzylinderantrieb in seine tote Zone gelangt ist. Der Regelkreis 23 ist also erst bei einem sehr kleinen oder einem Null-Fehlersignal aktiv. In dieser aktiven Zone hat der Regelkreis jedoch einen steilen Anstieg und er bewirkt eine volle regenerative Regelung mit einer engen und genauen Festlegung der Drehzahl des

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Zugwalzenantriebs durch das Servoventil 16. Auch dieser Regelkreis enthält vorzugsweise alle die bekannten Pormungs- und Strombegrenzungsschaltungen.

Bei dem elektrischen Antriebssystem wird der Regelkreis 23 von einer Steuereinheit 38 geregelt, durch welche die Betriebsdrehzahl eingestellt wird.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß die Regelungen der Kreise 23 und 24 einander ausschließen, da der eine nur dann aktiv ist, wenn der andere passiv ist. Es kann jedoch eine geringfügige Überlappung toleriert werden, oder es könnte ein mit beiden Regelkreisen. 23 und 24 verbundener Blockierschaltkreis 39 vorgesehen werden, der gewährleistet, daß jeweils nur einer der. Regelkreise 23»-" 2-4 wirksam ist.

Während bei der dargestellten Schaltung die Charakteristika der Regelkreise 23 und 24 so gewählt sind, daß sie bestimmen, welcher von ihnen jeweils wirksam ist, kann diese Wahl auch durch Verwendung des Ausgangssignals des Komparators 37, welches ein durch Analogumwandlung einer Impulszählung gewonnenes Signal ist, oder der tatsächlichen vergleichenden Impulszählung selbst gemacht werden. Wenn der Vergleich ein im wesentlichen richtiges Drehzahlverhältnis ergibt, setzt eine Wählschaltung 40 den Regelkreis in Tätigkeit und schaltet den Regelkreis 24 aus. Wenn das Drehzahlverhältnis eine vergleichende Impulszählung ergibt, die eine bestimmte Zahl (oder ein gegebenes analoges Äquivalent) übersteigt, kehrt der Wählkreis 40 die Erregung der Regelkreise 23 und 24 um. In einer derartigen Schaltvorrichtung brauchen die Charakteristika der Regelkreise keine toten Zonen zu enthalten.

Wie in der Patentanmeldung P 24 40 496.4 beschrieben, treten bei Systemen mit Kurbelgetrieben aufgrund der verschiedenen Trägheiten Störungen auf. Das vorstehend beschriebene Regelsystem, bei dem zunächst eine Grobregelung dann eine Feinregelung durchgeführt wird, ist sehr gut geeignet, um diese Störungen zu bewältigen, und es kann erwartet werden, daß eine Einstellgenauigkeit von 0,01$ oder darüber erreicht werden kann.

- Patentansprüche 5 09821/0754

Claims

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Patentansprüche

\ IJ Antriebssystem, insbesondere für Querschneider für laufende Materialbahnen, das zwei Motoren aufweist, die mit einem bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis antreiben, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Motor (14,22) eine Grobregelung (24) zur Einstellung seiner Drehzahl auf einen Wert innerhalb eines gegebenen Drehzahlbereiches und der zweite Motor (13,21) eine Peinregelung (23) aufweist, die in Tätigkeit tritt, wenn dieser genannte Bereich erreicht ist, zwecks Einstellung seiner Drehzahl auf einen Wert, der ein gewünschtes Geschwindigkeitsverhältnis in Bezug auf die Drehzahl des ersten Motors ergibt.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (13jl4) hydraulische Motoren sind.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (13,14) in Reihe geschaltet und von einer gemeinsamen Pumpe (12) gespeist sind.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (13) einen Bypass (15) mit einer Strömungs-Feinregelvorrichtung (16) aufweist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2"bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (14) ein Schiefscheibenmotor ist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (21,22) Elektromotoren sind.
7. Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (37) zum Vergleich zwischen einem eingestellten Geschwindigkeitsverhältnis und dem Drehzahlverhältnis, der bei den Motoren festgestellt wurde, wobei ein bei diesem Vergleich sich ergebendes Fehlersignal zur Erzeugung von Korrektursignalen für jeden Motor verwendet wird.

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8. Antriebssystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Regelkreis (24), der das Pehlersignal empfängt und dem ersten Motor (14,22) zugeordnet ist, eine tote Zone aufweist, die dem gegebenen Bereich von erwünschten Drehzahlen sowie kleinen oder Null-Fehlersignalen entspricht, und ein zweiter Regelkreis (23)» der ebenfalls das Pehlersignal empfängt und dem zweiten Motor (13,21) zugeordnet ist, im wesentlichen nur dann aktiv ist, wenn ein solches kleines oder Null-Fehlersignal vorhanden ist.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel (39) zur Verhinderung der Regelung durch einen Regelkreis, solange der andere Regelkreis aktiv ist.
10. Antriebssystem nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch Wählermittel (40), die auf die Fehlersignale ansprechen und entsprechend der Stärke der Fehlersignale den einen oder den anderen Regelkreis (23j24) aktivieren.

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