DE2509382A1 - Einrichtung zur steuerung der spannung einer bandfoermigen materialbahn - Google Patents

Description

DIPL. - PHYS. F. ENDLICH D-ao34 unterpfaffenhofen 28 2 1975

PATENTANWALT Postfach E/Ei*

lÜtf.^"* (MÜNCHEN) BA 36 38

PHONc

CAB^EL^GE^RADD^MR^AE^DSS^ESSE: -ATENDLICH MÜNCHEN DIPL.-PHYE. F. ENDLICH, D-BO34 UNTERPFAFFENHOFEN, POSTFACH

TELEX: 52 1730

Meine Akte: B-3680

Anmelder: Butler Automatic, Inc., Canton, Mass., USA

Einrichtung zur Steuerung der Spannung einer bandförmigen Materialbahn

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Spannung einer sich bewegenden bandförmigen Materialbahn, die einer Bearbeitungsmaschine zugeführt oder von dieser abgeführt wird.

Die Spannung der Materialbahn kann sich beispielsweise deswegen ändern, weil sie eine unterschiedliche Elastizität entlang ihrer Länge aufweist, eine unterschiedliche Dicke hat, oder weil die Arbeitsgeschwindigkeit der betreffenden Maschine geändert wird. Es ist deshalb in vielen Fällen erforderlich, die Spannung der Materialbahn zu steuern, die beispielsweise Druckpressen, Prägemaschinen oder Beschichtungsmaschineη zugeführt oder davon abgezogen wird, damit eine geeignete Bearbeitung erfolgen kann.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art sind oft Pendelwalzen-Einrichtungen vorgesehen, deren Lage sich in Abhängigkeit von Spannungen der Materialbahn ändert. Die Lageänderung der

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Pendelwalzen findet zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebswalze für das Bahnmaterial Verwendung. Die Pendelwalzen stehen normalerweise unter Vorspannung, damit sie bei der gewünschten Bahnspannung eine vorherbestimmte Bezugslage einnehmen. Im Falle einer Zuführeinrichtung bewirkt eine Erhöhung der Bahnspannung, daß die Pendelwalzen in der einen Richtung aus ihrer Bezugslage heraus bewegt werden. Diese Bewegung verursacht eine Erhöhung der Drehzahl der Antriebswalze, wodurch die Bahnspannung verringert wird, so daß die Pendelwalzen wieder in die Bezugslage gelangen. Eine Verringerung der Bahnspannung bewirkt-dagegen, daß die Pendelwalzen in der entgegengesetzten Richtung aus der Bezugslage bewegt werden, wodurch sich eine Verringerung der Drehzahl der Antriebswalze ergibt, so daß die Bahnspannung ausreichend ansteigt, um die pendelwalzen wieder in die Bezugslage zurückzubringen. Deshalb führen Änderungen der Bahnspannung zu Bewegungen der Pendelwalzen, welche Bewegung der Pendelwalzen zum Regeln der Bahnspannung dient. Abzieheinrichtungen arbeiten in entsprechender Weise beim Abziehen der Materialbahn aus der Bearbeitungsmaschine.

Für einen bekannten Pendelwalzen-Regler (US-PS 3 087 663) ist ein getrennter geregelter Gleichstrommotor erforderlich, der über ein Differentialgetriebe die Drehzahl der Antriebswalze steuert. Bei dieser bekannten Einrichtung wird als nachteilig angesehen, daß der Kostenaufwand für den zusätzlichen Motor oder das Differentialgetriebe verhältnismäßig hoch ist, und daß der Raumbedarf der Einrichtung ebenfalls verhältnismäßig groß ist.

Bei anderen bekannten Einrichtungen wird die Drehzahl der Antriebswalze durch Kupplungen gesteuert, die bei zu großen bzw. zu kleinen Drehzahlen betätigt werden und mit der Hauptantriebswelle verbunden sind. Diese Kupplungen werden durch Begrenzungsschalter gesteuert, welche Exferemlagen der Pendelwalzen feststellen. Bei einem Anstieg der Bahnspannung werden die pendelwalzen hochbewegt, bis ein Schalter betätigt wird, der dann

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die eine Kupplung betätigt, so daß die Drehzahl der Antriebswalze erhöht wird, um die Bahnspannung zu verringern, so daß sich die Pendelwalze nach unten bewegt, bis der andere Begrenzungsschalter betätigt wird. Dadurch wird die zweite Kupplung betätigt, so daß die Drehzahl der Antriebswalze verringert und die Bahnspannung erhöht wird, wodurch die Pendelwalze wieder nach oben bewegt wird etc.

Obwohl derartige Einrichtungen bei geringen Bahngeschwindigkeiten zufriedenstellend arbeiten, ergeben sich bei höheren Geschwindigkeiten von mehr als etwa 610 m/min Schwierigkeiten. Wenn die Pendelwalze die Enden ihrer Bewegungsbahn erreicht, welche eine Länge von etwa 25 cm besitzen kann, muß sie sofort eine Bewegungsumkehr durchführen. Dadurch wird eine Druckänderung in dem an die Pendelwalze angeschlossenen Zylinder verursacht. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten beeinträchtigen diese Druckimpulse die Stabilität der Einrichtung, falls kein verhältnismäßig großes Druckausgleichsgefäß vorhanden ist. Weitere Instabilitäten können sich dabei dadurch ergeben, weil bei der Zuführung der Bahn keine Änderungen der Bahnspannung hinter dem Zuführteil kompensiert werden können. Besonders nachteilig ist ferner, daß dabei irgendwelche Änderungen der Bahngeschwindigkeit auf dieser Seite zu unerwünschten Spannungsänderungen führen. Wenn ferner die Bahn auf der Antriebswalze um lediglich etwa 0,1% verschoben wird, können sich Schwierigkeiten bei der Steuerung ergeben. Bei einer anderen bekannten Einrichtung dieser Art (US-PS 3 659 767) dient die Lage der Pendelwälze zur Steuerung einer mit der Antriebswalze verbundenen, ein Übersetzungsverhältnis ändernden Einrichtung. Obwohl die Arbeitsweise bei hohen Geschwindigkeiten besser als bei anderen bekannten Einrichtungen ist, ergeben sich auch hier Stabilitätsprobleme, weil Druckimpulse auftreten und eine Feinregelung der Zuführung nicht'ohne weiteres möglich ist. Ferner sind Wechselgetriebe verhältnismäßig groß und teuer. Sie enthalten viele mechanische Teile, die zur Änderung der Drehzahl bewegt werden müssen, so

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daß die Ansprechgeschwindigkeit verhältnismäßig Hein ist. Ferner ist nur eine Steuerung innerhalb eines engen Drehzahlbereichs von etwa 1/2% möglich. Deshalb können eine Reihe von Teilen des Getriebes verhältnismäßig schnell abgenutzt werden, so daß eine kontinuierliche Drehzahlregelung nieht mehr möglichist. Deshalb ist eine Überkompensation erforderlich, damit das Getriebe überhaupt außerhalb dieses sehr engen Drehzahlbereichs anspricht. Aus derartigen Gründen sind Einrichtungen zum Nachweis der Bahnspannung und zur Steuerung der Drehzahl der Antriebswalze bei vielen Anwendungszweckeη nicht zufriedenstellend.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine genaue Regelung der Bahnspannung innerhalb eines möglichst großen Bereichs der Bahngeschwindigkeit mit Hilfe einer Einrichtung erfolgen kann, die kostensparend hergestellt, gewartet und betrieben werden kann. Die Einrichtung soll auch die Korrektur sehr kleiner Spannungsabweichungen ermöglichen und die Regelung der Spannung innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereichs der Bahnspannung ermöglichen. Ferner wird bezweckt, daß auch solche Änderungen der Bahnspannung und der Bahngeschwindigkeit kompensiert werden können, die in Bewegungsrichtung hinter der Einrichtung auftreten. Für die Einrichtung sollen übliche elektromechanische Komponenten verwendbar sein und die Einrichtung soll eine stabile Arbeitsweise auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten ermöglichen. Außerdem soll der erforderliche Energieverbrauch im Vergleich zu bekannten Einrichtungen dieser Art möglichst gering sein.

Im folgenden sollen die wesentlichen Merkmale der Erfindung beispielsweise in Verbindung mit der Zuführeinrichtung für eine Druckpresse erläutert werden.

Zunächst wird Bahnmaterial von einer Vorratsrolle über eine Antriebswalze abgezogen und gelangtunter einer Führungswalze zu der Presse, die normalerweise für eine gleichförmige Arbeitsgeschwindigkeit angetrieben wird. Eine entlastete, ungedämpfte, schwimmend gelagerte Pendelwalzen-Einrichtung mit geringer Trag-

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heit ist in dem Bahnweg zwischen der Antriebswalze und der Führungswalze angeordnet. Diese Pendelwalzen-Einrichtung besteht aus zwei parallelen Walzen, die aufgegenüberliegenden Seiten der Bahn angreifen und aneinander einen Abstand in Richtung der Bahnbewegung aufweisen. Die Walzen sind drehbar an einem Rahmen gelagert, der mit Hilfe von Lagern mit geringer Reibung um eine Achse verschwenkbar ist, die parallel zu den Drehachsen der Walzen verläuft.

Die Pendelwalzen-Einheit wird in eine Lage mit maximaler Bahnspeicherung vorgespannt^enfieim Betrieb der Einrichtung die Bahn unter Spannung steht, nimmt die Pendelwalzen-Einheit eine Bezugslage ein, die zwischen der maximalen und der minimalen Speicherlage liegt.

Irgendeine Spannungsänderung in der Bahn hinter der Antriebswalze bewirkt, daß die Pendelwalzen-Einheit sich aus ihrer Bezugslage bewegt, um die Spannungsänderung zu kompensieren. Durch diese Bewegung der Pendelwalzen werden entsprechende elektrische Signale erzeugt, die über ein elektronisches Steuergerät das Kupplungsmoment zweier Momentkupplungen steuern, über die die Antriebswelle der Maschine mit der Antriebswalze verbunden ist.

Da die Pendelwalzen-Einheit entlastet ist, ist keine Vorbelastung erforderlich, um das Gewicht dieser Einheit zu kompensieren. Dies ist dann bedeutsam, wenn Bahnmaterial unter geringer Spannung gefördert werden soll, weil eine Belastung entsprechend 4,5 kg zum Anheben der Einheit eine etwa 5 mal größere, die Bahnspannung ausübende Kraft bedeuten kann. Die geringe Masse der Einheit in Verbindung mit den sehr geringen, zu überwindenden Reibungskräften haben zur Folge, daß die Pendelwalzen-Einheit eine verhältnismäßig geringe mechanische Trägheit besitzt. Deshalb sind sehr schnelle Lageänderungen in Abhängigkeit von der Bahnspannung möglich, um geeignete Korrektursignale zu erzeugen.

Wie im folgenden noch näher erläutert werden soll, ist die Pendelwalzen-Einheit so konstruiert, daß ihre Bewegungen nicht

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die Beziehung zwischen den Momenten beeinflussen, die auf die Einheit durch die Bahnspannung und die Belastungseinrichtung ausgeübt werden.

Das Steuergerät gibt Signale ab, die der Lage und der Geschwindigkeit der Pendelwalzen-Einheit entsprechen. Diese Signale werden addiert und das resultierende Signal wird einer Schaltung zugeleitet, die die geringe mechanische Trägheit der Einheit kompensiert. Das Ausgangssignal dieser Schaltung dient zur Steuerung der beiden Kupplungen für eine zu große bzw. zu kleine Drehzahl, so daß je nach den vorliegenden Verhältnissen das Antriebsdrehmoment der Antriebswalze verkleinert oder vergrößert wird, um diejenige Bahnspannung einzustellen, bei der die Einheit wieder in die Bezugslage gelangt.

Wenn eine momentane Spannungserhohung in der Bahn auftritt, wird die Pendelwalzen-Einheit derart verschwenkt, daß der Bahnweg zwischen der Antriebswalze und der Führungswalze verkürzt wird. Diese Bewegung der Einheit führt zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signals, so daß das Steuergerät das Kupplungsmoment für die Kupplung für die höhere Drehzahl erhöht, wodurch das Antriebsmoment für die Antriebswalze ebenfalls erhöht wird. Dadurch wird die Bahnspannung hinter der Antriebswalze verringert, ebenso das auf die Einheit durch die Bahnspannung ausgeübte Moment, weshalb die Pendelwalzen-Einheit wieder in die Bezugslage gelangt.

Wenn andererseits die Bahnspannung abnimmt, wird die Einheit derart verschwenkt, daß die Bahnlänge zwischen der Antriebswalze und der Führungswalze verlängert wird. Dadurch wird das Kupplungsmoment der Kupplung für die geringere Drehzahl erhöht, so daß ein geringeres Drehmoment auf die Antriebswalze ausgeübt wird, um die Bahnspannung so weit zu erhöhen, daß die Einheit in ihre neutrale Lage zurückgelangt. Deshalb spricht die Einrichtung auf Änderungen der Bahnspannung an, so daß kontinuierlich das

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Antriebsdrehmoment der Antriebswalze geändert wird, aber nicht deren Drehzahl, um die Spannungskorrektur zu verursachen. Diese Drehmomentsteuerung wird innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs der Bahngeschwindigkeit in der Nähe der Drehzahl der Antriebswelle aufrechterhalten, beispielsweise entsprechend +^ 4%. Innerhalb dieses vorherbestimmten Bereichs kann die Einrichtung ■ einen Schlupf und Elongationen der Bahn und sogar Geschwindigkeitsänderungen hinter der Einrichtung aufnehmen. Energieeinsparungen während der Modulation des Drehmoments werden zu der Antriebswelle zurückgekoppelt, so daß der Antriebsmotor für eine verhältnismäßig geringe Antriebsleistung ausgelegt werden kann.

Da das Steuergerät sowohl auf die Lage als auch die Bewegungsgeschwindigkeit' der Pendelwalzen-Einheit anspricht, kann eine schnelle und kontinuierliche Steuerung des der Antriebswalze zugeführten Drehmoments erfolgen. Irgendeine Änderung des Moments hat praktisch sofort (5 Hz oder weniger) eine Änderung der Bahnspannung zur Folge, durch die die Einheit in die Bezugslage zurückgebracht wird.

Eine derartige Pendelwalzen-Einheit ist in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät und den Kupplungen ein integrierendes System. Deshalb können selbst kleine Änderungen der. Lage der Einheit aufgrund geringer Spannungsänderungen zu einer korrigierenden Komponente des Antriebsmoments der Antriebswalze führen. Da das System schnell anspricht, sehr stabil ist und eine Steuerung nur innerhalb des verhältnismäßig kleinen, vorherbestimmten Bereichs der Bahngeschwindigkeit ausübt, erfolgen nur kleine Bewegungen der Einheit aus der Bezugslage (z.B. 1,6mm) und die durch die beiden versetzten Pendelwalzen erfolgende Bahnspeicherung ist selbst bei sehr hohen Bahngeschwindigkeiten adäquat.

Deshalb ermöglicht eine derartige Einrichtung eine Steuerung des Drehmoments der Antriebswalze im gesamten Arbeitsbereich der Kupplungen, um die Bahnspannung zwischen Bahngeschwin-

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digkeiten von 15-760 m/min konstant zu halten. Die Bahnspannung kann mit einer Genauigkeit von 1% oder sogar weniger innerhalb des gesamten Bereichs der Bahngeschwindigkeit konstant gehalten werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein Schaltbild der zugeordneten elektrischen Einrichtung.

Da es sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Entlastesystem handelt kann die Bahn in beiden Richtungen durch die Einrichtung gefördert werden. Fig. 1 betrifft jedoch eine Zuführeinrichtung, bei der die Bahn W von links nach rechts gefördert wird. Die Bahn verläuft über eine Antriebswalze 10 und dann durch eine Pendelwalzen-Einheit 12. Sie wird unter einer Führungswalze 14 zu einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine abgezogen. Bei Spannungsänderungen in der Bahn W bewegt sich die Einheit 12 aus ihrer Bezugslage, um den Bahnweg zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Spannung zu verlängern oder zu verkürzen.

Die Bewegung der Einheit 12 wird von einer elektromechanischen Einrichtung 16 nachgewiesen, welche ein unterschiedliches Drehmoment auf die Antriebswalze 10 ausübt. Dadurch kann die Bahnspannung der in die Einheit 12 eintretenden Materialbahn W verringert oder erhöht werden, entsprechend dem Rückführweg der Einheit 12 in ihre Bezugslage.

Die Welle 10a der Antriebswalze 10 ist mit der elektromagnetischen Einrichtung 16 gekuppelt. Durch eine Andruckwalze 18, die mit ihrer Welle 18a an Endplatten 22 gelagert ist, kann der Schlupf relativ zu der Antriebswalze 10 minimal gehalten werden. Die freien Enden der Endplatten 22 sind mit Zapfen 24 an dem Maschinenrahmen gelagert. Die Andruckwalze 18 wird gegen

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die Antriebswalze 10 beispielsweise durch Druckzylinder 26 angedrückt, die zwischen den Endplatten 26 und dem Maschinenrahmen wirksam sind.

Die Einheit 12 besteht aus zwei parallelen Pendelwalzen 32, 34, die in Richtung der Bahnbewegung in einem Abstand angeordnet sind und an der Bahn W auf gegenüberliegenden Seiten angreifen. Die gegenüberliegenden Enden der Pendelwalzen sind in Endplatten 36a, 36b gelagert. Wellenzapfen 38a und 3 8b ragen seitlich von den Zentren der Platten 36a, 36b vor und sind in Lagern 42a bzw. 42b gelagert.

Die Einheit 12 ist gegenüber der Antriebswalze 10 und der Führungswalze 14 derart angeordnet, daß sie vollständig entlastet ist. Wenn sich die Einheit 12 in ihrer neutralen Lage befindet, verläuft der Abschnitt der Bahn zwischen der Antriebswalze 10 und der Pendelwalze 32 parallel zu dem Abschnitt der Bahn zwischen der Pendelwalze 34 und der Führungswalze 14. Beide Abschnitte liegen senkrecht zu der Ebene, die durch die Lage der Pendelwalzen definiert wird, wenn sich die Einheit in ihrer neutralen (z.B. horizontalen) Lage befindet. Wenn die Einheit 12 um die Lager 42a, 42b aus der neutralen Lage verschwenkt wird, wird die Bahnlänge der Bahn W zwischen den Walzen 10 und 14 verlängert oder verkürzt. Da die Einheit 12 entlastet ist, ist keine Kompensation für deren Gewicht erforderlich, so daß die Einrichtung auch bei sehr geringen Bahnspannungen wirksam ist.

Die Einheit 12 wird in die Bahnspeicherlage durch einen Belastungszylinder 44 vorgespannt. An dem Zylinder 44 ist ein Ansatz 46 vorgesehen, durch den ein Schwenkzapfen 48 ragt, der in einem Halter 52 an dem Maschinenrahmen angelenkt ist. Die Kolbenstange 44a des Zylinders ist über ein Gelenkglied 49 an der Gelenkplatte 36a angelenkt. Das Gelenkglied 49 ist in einem Abstand von der Schwenkachse 3 8a angeordnet, so daß durch den Zylinder ein beträchtliches Drehmoment auf die Einheit 12 ausgeübt werden kann.

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Dem Zylinder 44 wird Druck über einen Druckregler 50 mit einem solchen Druck zugeführt, daß das auf die Einheit 12 durch den Zylinder ausgeübte Drehmoment das entgegengesetzte Drehmoment ausgleicht, das durch die gewünschte Bahnspannung erzeugt wird, so daß die Einheit 12 die in Fig. 1 dargestellte Bezugslage einnimmt. Gewünschtenfalls ein zweiter Zylinder auf der anderen Seite der Einheit an der Endplatte 36b angeordnet werden, damit eine symmetrische Belastung ausgeübt wird. Der Zylinder kann auch auf der der Schwenkachse gegenüberliegenden Seite nach unten wirkend angeordnet werden.

Diese Pendelwalzen-Einheit ist so ausgebildet, daß keine Änderungen der Bahnspannung aufgrund von Änderungen der Beziehung zwischen den Drehmomenten auftritt, die auf die Einheit durch die Bahnspannung und den Zylinder 44 in unterschiedlichen Winkellagen der Einheit ausgeübt werden. Einer der Nachteile bekannter Pendelwalzen-Einrichtungen ist darauf zurückzuführen, daß bei einer Bewegung der Pendelwalze aus ihrer Bezugslage die auf die pendelwalze durch die Bahnspannung und die Walzenbelastung ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit von dem Winkel geändert werden, um den die pendelwalze aufgrund einer Spannungsänderung verschwenkt wirdi Deshalb bewirkt bei derartigen bekannten Einrichtungen die Pendelwalze selbst eine unerwünschte Spannungsänderung in der Bahn, die nachteilig die Stabilität der Einrichtung beeinflußt. Die in Fig. 1 dargestellte Pendelwalzen-Einheit gewährleistet eine konstante Bahnspannung mit einer konstanten Belastungskraft durch den Zylinder 49 in allen Lagen der Pendelwalzen-Einheit. Es ergeben sich keine Stoßimpulse, wenn die Einheit 12 ihre Bewegungsrichtung ändert. Dies wird dadurch erreicht, daß der Zylinder 44 und dessen Kolbenstange 44a oder entsprechende Belastungseinrichtungen derart angeordnet werden, daß die Kraft immer parallel zu den Abschnitten der Bahn W ausgeübt wird, welche in die Einheit 12 eintreten oder aus ihr austreten. Diese Bedingung bleibt erfüllt, solange das

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Dreieck A, B und C in Fig. 1 geometrisch ähnlich dem Dreieck A, D und E in Fig. 1 ist. Solange diese Ähnlichkeit besteht, wird die von dem Zylinder 44 auf die Einheit 12 ausgeübte Kraft gleich dem Produkt einer Konstanten mit derjenigen Kraft, die auf die Einheit durch die Bahnspannung während aller Abweichungen der Einheit 12 aus ihrer neutralen Lage ausgeübt wird.

Irgendeine Verschwenkung der Einheit 12 um ihre Schwenkachse 38a, 38b wird durch eine Nachweiseinrichtung nachgewiesen, die beim Ausführungsbeispiel ein Potentiometer 56 ist, das an die elektromagnetische Einrichtung 16 angeschlossen ist. Das Potentiometer 56 gibt ein Signal an ein elektronisches Steuergerät 58 ab, welches der Abweichung der Einheit 12 aus der dargestellten Bezugslage entspricht. Das Steuergerät 58 gibt ein Ausgangssignal an eine Kupplung 62 mit einem veränderlichen Kupplungsmoment für zu hohe Drehzahlen oder an eine Kupplung 64 mit einem veränderlichen Kupplungsmoment bei zu niedrigen Drehzahlen ab, welche mit der Antriebswalze 10 gekuppelt sind, so daß zur Korrektur der Bahnspannung entweder ein größeres oder kleineres Drehmoment übertragen wird.

Die Kupplungen 62 und 64 werden über die Antriebswelle 66 der Maschine angetrieben. Ein an der Antriebswelle 66 angeordnetes Zahnrad 68 ist über eine Kette 72 mit einem Zahnrad 74 an der Eingangswelle 62a der Kupplung 62 verbunden, sowie mit einem Zahnrad 76 mit der Eingangswelle 64a der Kupplung 64. Das Zahnrad 74 besitzt weniger Zähne als das Zahnrad 68 und das Zahnrad 76 hat entsprechend mehr Zähne als das Zahnrad 68, um die gewünschte Drehzahldifferenz zwischen den beiden Kupplungen in dem gewünschten Drehzahlbereich von beispielsweise +^ 4% der Drehzahl der Antriebswelle zu erzielen. Ausgangswellen 62b, 64b der beiden Kupplungen sind mit Zahnrädern 78,82 versehen, die über eine Kette 84 mit einem Zahnrad 88 am Ende der Welle lOa der Antriebswalze verbunden sind. Die Kupplungen sind so eingestellt, daß sie magnetisch ein ausgewähltes Drehmoment zu der Antriebswalze 10 kuppeln, das zur Beibehaltung der Bezugslage der Einheit 12 erforderlich ist. Die zur Kompensation von Ände-

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rungen der Bahnspannung erforderlichen Änderungen des Kupplungsmoments erfolgen durch Steuerung der Stromstärke durch Spulen der Kupplung. Anstelle derartiger an sich bekannter Kupplungen können auch andere bekannte elektrische, pneumatische oder Reibungskupplungen Verwendung finden, die eine kontinuierliche Änderung des Drehmoments ermöglichen, das auf die Antriebswalze übertragen wird.

Die Einheit 12 und die elektromagnetische Einrichtung 16 wirken als Fehler-Integriereinrichtung, so daß eine entsprechende Zuführung selbst bei sehr geringen Spannungsänderungen erfolgen kann. Zwischen den Kupplungen und dem Steuergerät und in dem Steuergerät selbst ist eine Rückkopplung vorgesehen, um Instabilitäten dieser Einrichtungen zu vermeiden. Deshalb kann eine sehr genaue Steuerung der Bahnspannung mit Abweichungen von weniger als 1% erfolgen. Die Bewegungen der Einheit 12 aus ihrer Bezugslage sind ebenfalls sehr klein und können beispielsweise 1,6 mm bei normaler Arbeitsweise betragen und betragen lediglich 25-50 mm in Extremsituationen, beispielsweise bei einer Notabschaltung. Da die Einheit 12 und die gesamte Einrichtung sehr schnell ansprechen und die Bahngeschwindigkeit nur mit +_ 4% der Maschinendrehzahl steuern, ist für die Pendelwalzen-Einheit selbst dann keine große Speicherkapazität erforderlich, wenn die Basisgeschwindigkeit mehr als 760 m/min beträgt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 sollen das elektronische Steuergerät 58 und die zugeordnete elektrische Schaltung näher erläutert werden. An das Potentiometer 56 ist eine Spannungsquelle 182 angeschlossen. Der Schleifer 56a des Potentiometers ist mit einem Gleichstromverstärker 184 und einer Differenzierschaltung 186 verbunden.

Wenn das der Pendelwalzen-Einheit 12 durch den Zylinder 44 (Fig. 1) zugeführte Moment genau dem Moment entsprechend der ge-

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wünschten Bahnspannung entspricht und die Einheit 12 die Bezugslage einnimmt, beträgt die Ausgangsspannung des Potentiometers 56 Null Volt. Wenn jedoch die Einheit 12 wegen einer Änderung der Bahnspannung aus der Bezugslage bewegt wird, wird dem Verstärker 184 und der Differenzierschaltung 186 ein Signal zugeführt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers entspricht der Lage der Einheit 12, während das Ausgangssignal der Differenzierschaltung proportional der Geschwindigkeit der Einheit 12 ist. Diese beiden Signale werden addiert und einem Operationsverstärker 188 zugeführt, der aus einem Verstärker 189 mit hoher Verstärkung und einer RC-Schaltung 92 besteht, die zwischen dessen Eingang und Ausgang angeschlossen ist. Diese Schaltung ist im wesentlichen eine Integrierschaltung und bewirkt eine negative Phasenverschiebung, um die restliche mechanische Trägheit der Einrichtung zu kompensieren.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 188 wird direkt einer Diode 94 zugeführt und über eine Inverterschaltung 96 einer Diode 98, welche Dioden nur positive Signale durchlassen. Wenn die Einheit 12 aus ihrer Bezugslage bewegt wird, wird entweder an die Diode 94 oder an die Diode 98 ein positives Signal angelegt, was von der Richtung der Bewegung der Einheit 12 abhängt. Zum Zwecke der Erläuterung soll angenommen werden, daß eine Erhöhung der Bahnspannung auftritt, wodurch die Einheit 12 im Uhrzeigersinn in Fig. 1 verschwenkt wird, so daß ein positives Signal an der Diode 94 auftritt.

Das Ausgangssignal der Diode 94 wird über einen Spannungsregler 102 einer Geberschaltung 104 zugeführt. Das Ausgangssignal der Geberschaltung 104 dient zum Auslösen einer Triggerschaltung mit zwei siliziumgesteuerten Gleichrichtern 106 und 108,die bei abwechselnden Halbzyklen leitend sind und an einen Transformator 110 mit einem Mittelabgriff angeschlossen sind.

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Der Gleichrichter 106 ist mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 112 und der Spule 62c der Kupplung 62 verbunden. Das Ausgangesignal des Spannungsreglers 102 bestimmt deshalb den Zustand der Triggerschaltung und steuert damit die Stromstärke durch die Spule. Parallel zu der Spule 62c ist eine Diode 111 angeschlossen, welche den Rückstrom beim Zusammenbruch des Felds in der Spule 62c aufnimmt. Die Spannung an der Verbindungsstelle der Spule 62c mit dem Widerstand 112 ist proportional der Stromstärke durch die Spule 62c und wird zurückgekoppelt und mit dem Ausgangssignal der Diode 94 addiert. Deshalb bewirkt das Ausgangssignal des Spannungsreglers 102, daß die Stromstärke durch die Spule 62 immer proportional dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 188 ist. Deshalb ergibt sich eine sehr schnelle Steuerung der Kupplung 62 in Abhängigkeit von Bewegungen der Pendelwalzen-Einheit bei Änderungen der Bahnspannung.

Die Schaltung für die Spule 64c der anderen Kupplung 64 für zu geringe Drehzahl ist in entsprechender Weise ausgebildet. Das Ausgangssignal der Diode 98 wird über einen Spannungsregler 114 einer Geberschaltung 116 zugeführt, deren Ausgangssignal zur Steuerung zweier siliziumgesteuerter Gleichrichter 118, 122 dient. Diese Gleichrichter sind an einen Transformator 124 angeschlossen, so daß Strom während abwechselnder Halbzyklen zu einer Reihenschaltung fließt, welche aus der Spule 64c und einem Widerstand 126 besteht. Parallel zu der Spule ist eine Diode 127 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers bestimmt deshalb auch die Stromstärke durch die Spule 64c. Der Verbindungspunkt der Spule 64c und des Widerstands 126 ist mit dem Eingang des Spannungsreglers 114 verbunden, wo eine Addition mit dem Ausgangesignal der Diode 98 erfolgt. Deshalb steuert das der Geberschaltung 116 zugeführte Signal die Stromstärke durch die Spule 64c, so daß diese stets proportional dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 188 ist. Deshalb ergibt sich eine sehr genaue Steuerung des Antriebsdrehmoments der An-

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triebswalze 10 über die Kupplung 64 entsprechend einer Verringerung der Bahnspannung.

Bei einer derartigen Einrichtung wird deshalb die Bahnspannung gesteuert, indem Änderungen der Bahnspannungen mit Hilfe einer entlasteten, in spezieller Weise vorbelasteten, ungedämpften Pendelwalzen-Einheit nachgewiesen werden, die eine sehr geringe mechanische Trägheit besitzt, so daß sie schnell auf Änderungen der Basisspannungen anspricht. Die Bewegung dieser Einheit wird nachgewiesen und ein Signal wird an ein Steuergerät abgegeben, das kontinuierlich proportionale Steuersignale für kontinuierlich steuerbare Kupplungen für zu große und zu kleine Drehzahlen liefert. Deshalb werden diese Kupplungen derart gesteuert, daß eine geeignete Erhöhung oder Verringerung des Antriebsdrehmoments der Antriebswalze erfolgt, um die Pendelwalzen-Einheit in ihrer Bezugslage zu halten.

Da die Kupplungen so eingestellt werden, daß sie die Antriebswalze stets mit Drehzahlen antreiben, die etwas kleiner oder größer als die Drehzahl der Antriebswelle der Maschine sind, sind die Ausschläge der Pendelwalzen-Einheit sehr klein und die Arbeitsweise ist sehr stabil. Ferner ergeben sich keine Schwierigkeiten durch Erzeugung von Stoßimpulsen in dem Belastungszylinder. Deshalb kann die Bahnspannung mit großer Genauigkeit bei Bahngeschwindigkeiten zwischen etwa 15 und 760 m/ min geregelt werden. Wie bereits erwähnt wurde, können die Kupplungen so eingestellt werden, daß sie mit 4% Drehzahlverringerung und 4% Drehzahlerhöhung arbeiten, welcher Betrag bei unterschiedlichen Anwendungszwecken unterschiedlich sein kann. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei einer Drehzahldifferenz von wesentlich weniger als +, 2% der Drehzahl der Antriebswelle eine verhältnismäßig lange zeit zur Korrektur von Spannungsänderungen erforderlich ist. Wenn dagegen die Differenz wesentlich mehr als. 10% der Drehzahl der Antriebswelle beträgt, ergibt sich ein ver-

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hältnismäßig großer Energieverbrauch bei der Spannungssteuerung.

Mit der beschriebenen Einrichtung können Geschwindigkeitsänderungen hinter der Einrichtung aufgenommen werden, weil die Kupplungen durch die Antriebswelle der Maschine betätigt werden, die auch die nachgeschaltete Maschine antreibt, wodurch derartige Änderungen kompensiert werden. Ferner führen Änderungen der Antriebsdrehzahl nicht zu Änderungen der Bahnspannung, im Gegensatz zu gewissen bekannten Zuführeinrichtungeη.

Einrichtungen gemäß der Erfindung können im Vergleich zu den eingangs erwähnten Einrichtungen wesentlich kostensparender hergestellt werden und der Raumbedarf der mechanischen Antriebseinrichtung ist wesentlich geringer als bei vergleichbaren bekannten Einrichtungen, obwohl der Betrieb und die Steuerung vereinfacht sind.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann ferner auch eine Abziehwalze gesteuert werden, um eine genaue Elongation eines Bands zu erzielen, indem ein genaues Unterdrehzahl-Drehmoment beibehalten wird. Dies ist z.B. zum Orientieren von Polyäthylen von Interesse. Andere Anwendungsbeispiele sind kommerzielle Druckverfahren, bei denen die Spannung in dem Bahnmaterial hinter der Zuführeinrichtung immer größer als die Spannung vor der Zuführeinrichtung ist, in welchem Falle die Kupplung 62 für den Bereich mit größeren Drehzahlen und die zugeordneten Steuerelemente weggelassen werden können. Bei Abzieheinrichtungen können dagegen die andere Kupplung und die zugeordneten Schaltungselemente weggelassen werden. Einrichtungen gemäß der Erfindung ermöglichen ferner eine genaue Steuerung der Bahngeschwindigkeit. Dabei werden Änderungen der Bahngeschwindigkeit anstelle der Bahnspannung nachgewiesen, wobei ein Tachometer als Eingangseinrichtung für das elektronische Steuergerät Verwendung findet.

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Claims (1)

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   3. März 1975 -17- B-3680

   Patentansprüche

   inrichtung zur Steuerung der Bahnspannung einer sich bewegenden ^^y Materialbahn, mit einer an der Bahn angreifenden Antriebswalze (10), einer Antriebseinrichtung (66), einer kontinuierlich steuerbaren Kupplung (62 oder 64), deren Kupplungsmoment sich in Abhängigkeit von einem Steuersignal ändert und die zwischen der Antriebseinrichtung (66) und der Antriebswalze (10) vorgesehen ist, welche Kupplung mit einem maximalen Kupplungsmoment bei einer Drehzahl arbeitet, die sich etwas von der Drehzahl der Antriebseinrichtung unterscheidet, mit einer Nachweiseinrichtung (12, 56) zum Nachweis einer Spannungsänderung der Materialbahn und zur Abgabe eines entsprechenden Steuersignals, sowie mit einer Einrichtung (58) zur Weiterleitung des Steuersignals an die Kupplung, um das Kupplungsmoment zwischen der Antriebseinrichtung (66) und der Antriebswalze (10) zu ändern und eine kompensierende Spannungsänderung der Materialbahn durchzuführen.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite kontinuierlich steuerbare Kupplung (62 oder 64), die zwischen der Antriebseinrichtung und der Antriebswalze vorgesehen ist und deren Kupplungsmoment sich in Abhängigkeit von dem Steuersignal ändert, wobei die eine Kupplung bei einer Drehzahl wirksam wird, die etwas über derjenigen der Antriebseinrichtung liegt, und die andere Kupplung bei einer Drehzahl wirksam wird, die etwas unter der Drehzahl der Antriebseinrichtung liegt.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieKupplungen (62, 64) elektromagnetische Kupplungen sind, und daß die Einrichtung (58) einen ersten Stromregler enthält, der auf das Steuersignal anspricht und die Stromstärke durch die erste Kupplung steuert, einen zweiten auf das

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   Ausgangssignal ansprechenden Stromregler zur Steuerung der Stromstärke zu der zweiten Kupplung, sowie eine Einrichtung zur Weiterleitung des Steuersignals an den einen oder den anderen Stromregler enthält, um eine entsprechende Momentkorrektur auf die Antriebswalze auszuüben.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3_f gekennzeichnet durch einen verstärker (184) und eine Differenzierschaltung (186) für das Steuersignal, und durch eine Addier schaltung für deren Ausgangssignale, so daß das den Stromreglern zugeführte Signal von der augenblicklichen Lage und Geschwindigkeit der Nachweiseinr ichtung (12) abhängt.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Addierschaltung und den Stromreglern ein Operationsverstärker (188) angeschlossen ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Nachweis der Stromstärke In der ersten Kupplung vorgesehen ist, die ein erstes elektrisches Signal abgibt, daß eine Einrichtung zum Nachweis der Stromstärke in der zweiten Kupplung vorgesehen ist, die ein zweites elektrisches Signal abgibt, und daß jeweils eine Rückkopplungsleitung zu dem Eingang der beiden Stromregler (102, 114) für diese Signale vorgesehen ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine pendelwalzen-Einheit (12) angrenzend an die Antriebswalze (10) angeordnet ist, die mindestens eine Pendelwalze (32, 34) enthält, die parallel zu der Achse der Antriebswalze drehbar angeordnet ist und an der Materialbahn (W) angreift, welche Pendelwalze um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die parallel zu der Achse der Antriebswalze verläuft, um Änderungen der Bahnspannung nachzuweisen, für welche Pendelwalzen-

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   Einheit (12) eine Einrichtung (44) zur Ausübung eines Drehmoments vorgesehen ist, um das Drehmoment aufzuheben, das durch eine vorherbestimmte Bahnspannung auf die Einheit ausgeübt wird, so daß die Einheit eine neutrale Lage einnimmt, aus der sieum ihre Schwenkachse verschwenkbar ist, und daß eine Nachweiseinrichtung (56) zum Nachweis von Bewegungen der Einheit (12) aus der neutralen Lage in Abhängigkeit von Änderungen der Bahnspannung vorgesehen ist, um ein entsprechendes Signal zu erzeugen.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelwalzen-Einheit (12) aus zwei parallel zueinander angeordneten Pendelwalzen (33, 34) besteht, die an einem Rahmen angeordnet sind und auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn angreifen, daß die Einheit (12) um eine zentrale Mittelachse verschwerikbar angeordnet ist, und daß auf der der Antriebswalze (10) gegenüberliegenden Seite der Einheit (12) eine Führungswalze (14) parallel dazu angeordnet ist, die an der Materialbahn angreift.

   9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswalze (10), die Führungswalze (14) und die Pendelwalzen (32, 34) derart angeordnet sind, daß der in die Einheit (12) eintretende Bahnabschnitt und der aus der Einheit (12) austretende Bahnabschnitt parallel zueinander verlaufen.

   10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese beiden Bahnabschnitte senkrecht zu der Ebene vertiufen, die durch die Pendelwalzen in der neutralen Lage definiert wird.

   11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Drehmoment ausübende Einrichtung (44) eine Kraft auf die Einheit (12) ausübt, deren Wirkungslinie

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   parallel zu den eintretenden und austretenden Bahnabschnitten bleibt, wenn die Einheit (12) aus ihrer neutralen Lage ver- ' schwenkt wird.

   12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennze ichnet , daß die das Drehmoment ausübende Einrichtung ein Druckmittelzylinder (44) mit einer verschiebbaren Kolbenstange (44a) ist, die an einem stationären Halter (52) angelenkt ist, und daß der Zylinder bzw. dessen Kolbenstange derart an dem Rahmen der Einheit (12) bzw. an der stationären Stützeinrichtung (52) angelenkt sind, daß bei einer Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder die Einheit (12) um ihre Schwenkachse derart verschwenkt wird, daß der Bahnabschnitt zwischen der Antriebswalze (10) und der Führungswalze (14) verlängert wird, und daß dem Zylinder ein derartiger Druckzugeführt wird, daß die Einheit (12) in ihrer Bezugslage bei der ausgewählten Bahnspannung verbleibt.

   13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkverbindung des Zylinders (44) mit der Einheit (12) derartig ausgebildet ist, daß die Zylinderachse parallel zu dem eintretenden und austretenden Bahnabschniti verbleibt, wenn die Einheit (12)bei Änderungen der Basisspannung aus der Bezugslage verschwenkt wird.

   14. Einrichtung (nach einem der vorhergehenden Ansprüche) zur Steuerung der Bahnspannung einer sich bewegenden Materialbahn, mit einer eine Pendelwalzen-Einheit enthaltenden Nachweiseinrichtung zum Nachweis von Änderungen der Bahnspannung, die ein Steuersignal zur Änderung der Drehzahl einer Antriebswalze der Materia] bahn zur Betätigung einer Kupplung abgibt, über die die Antriebswalze einer Antriebseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennze ichnet , daß die Kupplung eine elektromagnetisch oder dergleichen betätigbare Kupplung ist, deren Kupp-

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   lungsmoment in Abhängigkeit von dem Steuersignal kontinuierlich änderbar ist.

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