DE2544164C3 - Pneumatische Bandzugregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Bandzugregeleinrichtung, insbesondere für Papiermaschinen, mit einem Bremszylinder, einem Steuergerät, einer Druckluftquelle und einem Bremsdruckgeber, in welchem der Istwert des Bandzuges mittels einer von dem Band teilweise umschlungenen, beweglich gelagerten Meßwalze auf einen schwenkbaren Hebel übertragen wird, der zwischen einem mittels eines einstellbaren Druckreglers mit einem vorgegebenen Luftdruck beaufschlagbaren Kolben als Sollwertgeber des Bandzuges (Sollwertkolben) und einer Staudüse angeordnet ist, die je nach dem Grad ihrer Abdeckung durch den Hebel einen Staudruck erzeugt, welcher den Bremszylinder beaufschlagt. Einrichtungen dieser Art werden z. B. bei Maschinen, eingesetzt, bei denen von einer Wickelrolle ein Textil- oder Papierband mit konstantem Bandzug abgezogen werden muß.

Die Konstanthaltung des Bandzuges ist eine Regelaufgabe unter verschiedenen ungünstigen Bedingungen. Zum einen muß ein und dasselbe Steuergerät verschiedene Betriebszustände wie das Anfahren der Maschine, den eingefahrenen Dauerbetrieb und das Abbremsen insbesondere im Gefahrenfalle beim Schnellstop bewältigen, zum anderen enthält der Regelkreis mechanische und pneumatische Glieder, die sich zeitabhängig ändern, wie der Durchmesser des Wickels und damit dessen Trägheit, oder inhärente Instabilitäten aufweisen, wie eine Unwucht der Wickelrolle, Schwankungen des Betriebsdruckes, Einflüsse von Temperatur, Luftfeuchte und Reibung o. dgl., und über die ganze Regelkette gesehen, handelt es sich um ein schwingungsfähiges System, das bei kritischen Werten einzelner Parameter zu einem ständigen Schwanken der Bremskraft führen kann.

Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art (DE-PS 15 74 393) hat man besonders konstruktive Maßnahmen an dem Bremsdruckgeber getroffen, um ihm eine stetig fallende Kennlinie zu geben. Da in dem Bremsdruckgeber der fehlende Bandzug im Augenblick des Anfahrens in eine hohe Bremskraft umgewandelt wird, die in diesem Moment gerade unerwünscht ist, hat man in der Zuleitung zum Bremszylinder ein einstellbares Druckminderventil angeordnet, das dem Druck in dieser im Augenblick des ίο Anlaufs stark vermindert, das aber dann von Hand auf den normalen Betriebsdruck umgestellt werden muß, sobald das Band zu laufen begonnen hat Diese Umschaltung von Hand setzt aber besondere Erfahrung und Zuverlässigkeit beim Bedienungspersonal voraus, da sonst Einschwingvorgänge angestoßen werden können, die zum Bandriß führen können, und ist praktisch unbrauchbar, wenn mehrere Bänder zugleich in die Verarbeitungsmaschine eingezogen werden müssen. — Außerdem kann die bekannte Einrichtung die Bandzugregelung bei plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen des Bandabzuges von der Wickelrolle (Schnellstop) nicht aufrechterhalten. — Einem Pendeln der Bremskraft und damit des Bandzuges im Dauerbetrieb soll dadurch entgegengewirkt werden, daß in die Zuleitung zum Bremszylinder ein Drosselventil eingebaut ist, das die Wirkung von Staudruckänderungen an der Staudüse auf den Bremszylinder verzögert, so daß die Bremse langsamer auf Steuersignale anspricht und schnelle kleine Änderungen der Bandzugspannung sich nicht auswirken können.

Ein wesentlicher Nachteil dieser und ähnlicher Bandzugregeleinrichtungen ist ferner, daß die den Bandzug aufnehmende und übertragende Meßwalze einseitig ortsfest in einem Lagerständer gehalten und nur am anderen Ende dort, wo der Bremsdruckgeber und der ihm zugeordnete schwenkbare Hebel angeordnet sind, schwenkeinstellbar gelagert ist. Dadurch kann der Bandzug nicht über die ganze Bandbreite ermittelt werden, über die er gewöhnlich nicht gleichmäßig verteilt ist. Bei einer anderen bekannten Bandzugregeleinrichlung sind daher die beiden Lager der Meßwalze nachgiebig und mit Bremsdruckgebern ausgestattet, von denen der eine seinen Ausgang mit einem Signal des anderen summiert im Sinne einer Mittelwertmessung und das Resultat dann in das Steuergerät eingibt. Der zweite Geber und die zusätzlichen Bauelemente zur Zusammenschaltung und Mittelwertbildung verteuern jedoch die Einrichtung erheblich und erhöhen ihre Störanfälligkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Bandzugregeleinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie mit nur einem Bremsdruckgeber auskommt, der aber den Istwert des Bandzuges als Mittelwert über die ganze Bandbreite ermittelt und durch Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert in einen schwankungsfreien Bremsdruck umwandelt und sich selbsttätig allen Betriebszuständen anpaßt, wobei zur bestmöglichen Anpassung an unterschiedliche Maschinenkonstruktionen bzw. zur Vereinfachung der Montage Bremsdruckgeber und Meßwalze auf die Richtung der Resultierenden der Bandzugkraft durch Justieren ausgerichtet werden können, ohne diese Richtung bereits beim Einbau beachten zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßwalze auf einer Achse drehbar gelagert ist, die mit Exzenterzapfen an ihren beiden Enden in die Richtung der Resultierenden der Bandzugkraft einstell-

bar in Lagerplatten schwenkbar gelagert ist und an der der im Bremsdruckgeber zwischen dessen Sollwertkolben und Staudüse bewegliche Hebel verstellbar befestigt ist Zur Justierung der Meßwalze werden Klemmvorrichtungen an den Lagerplatten für die Exzenterzapfen der als Lagerung dienenden Achse und eine Klemmvorrichtung für den Hebel auf der Achse gelockert und dann wird die Richtung der Exzentrizität der Exzentprzapfen in die erforderliche rechtwinkelige Lage zur Resultierenden der Bandzugkraft eingestellt. Danach werden die Klemmvorrichtungen an den Lagerplatten wieder festgespannt Der Hebel wird zwischen Sollwertkolben und Staudüse des Bremsdruckgebers justiert und ebenfalls wieder auf der Achse festgespannt.

Der Hebel soll sich relativ zur Staudüse im Gleichgewicht zwischen der vom Bandzug auf ihn ausgeübten Stellkraft und der vom Sollwei tkolben auf ihn ausgeübten Gegenkraft einstellen. Außerdem übt aber der an der Staudüse anstehende Staudruck eine Kraft auf den Hebel aus, die sich mit dessen Relativlage ändert. Um diese Rückwirkung zu kompensieren, ist in Weiterbildung der Erfindung an dem Hebel neben dem Sollwertkolben ein Kompensationskolben angeordnet, dessen Druckraum mit der Zuleitung zur Staudüse verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel ausführlicher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 eine Seitenansicht der Lagerung der Meßwalze mit Bremsdruckgeber,

Fig.2 ein Blockschaltbild des Steuergerätes mit Bremsdruckgeber und Bremszylinder.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Band bezeichnet, dessen Zugspannung bzw. Zugkraft gemessen werden soll. Zu diesem Zweck ist eine Meßwalze 2 in (nicht dargestellten) Kugellagern drehbar auf einer Achse 3 gelagert, die ihrerseits mit Hxzenterzapfen 4 an beiden Enden ebenfalls in (nicht dargestellten) Kugellagern schwenkbar in Lagerplatten 5 gelagert ist, die am Gestell einer Verarbeitungsmaschine oder einer Bandabwickelvorrichtung angeordnet sind. Der Umschlingungswinkel des Bandes 1 an der Meßwalze 2 sollte mindestens 60° betragen.

Die Lagerplatte 5 auf der Bedienungsseite trägt den Bremsdruckgeber 10, dessen auf einem (nicht dargestellten) Bock angeoidnete Einzelteile in Fig. 1 dargestellt sind. Diese sind: Eine Staudüse 11, aus deren Mundstück die Unterseite eines auf der Achse 3 mittels Gewindestiften 6 befestigten Hebels 7 angeströmt wird, ein Sollwertkolben 12 und ein Kompensationskolben 13, die gegen die Oberseite des Hebels 7 anliegen. Die Staudüse 11 und der Druckraum des Zylinders des Kompensationskolbens 13 sind innerhalb des Bremsdruckgebers 10 durch eine Leitung 14 miteinander verbunden, so daß der von der Staudüse 11 auf den Hebel 7 ausgeübte Druck durch die Gegenkraft des Kompensationskolbens 15 aufgehoben wird.

Nach Lösen der Gewindestifte 6 läßt sich die Achse 3 so einstellen, daß die resultierende Zugkraft der Bahn 1 senkrecht zum Exzenterradius wirkt. Der Hebel 7 wird dann mittels der Gewindestifte 6 wieder auf der Achse 3 festgeklemmt.

Das Leergewicht der Anordnung aus Meßwalze 2 und Achse 3 wird durch ein am freien Hebelende angreifendes Gewicht 8 so kompensiert, daß der Hebel 7 mit leichtem Druck (von ca. 100 gr) auf der Mündung der Staudüse 11 aufliegt.

Man erkennt aus Fig. 1, daß sich der Hebel 6 bei zunehmendem Bahnzug von der Staudüse 11 wegbewegt, wenn der Druck im Zylinder des Sollwertkolbens 12 konstant bleibt Wirkt die resultierende Bahnkraft jedoch nach oben, so kann der Bock mit den Teilen 11, 12, 13 umgedreht werden, so daß die Staudüse 11 oberhalb des Hebels 7 liegt und sich bei zunehmendem Bahnzug der Hebel ebenfalls von der Staudüse entfernt

Die Exzentrizität e der Zapfen 4 und der Abstand L der Zapfenlager von der Staudüse 11 geben das Übersetzungsverhältnis für die Kraft an, mit welcher der Sollwertkolben 12 den Hebel 7 beaufschlagen muß, um dem Bandzug das Gleichgewicht zu halten.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Steuergerätes, mit dem die vom Bremsdruckgeber gelieferten Werte der Bandzugkraft in eine Bremskraft umgesetzt werden. Man erkennt außer dem bereits besprochenen Bremsdruckgeber den Bremszylinder 30, zwei Druckregler 20 und 21, drei Drosseln 22, 23 und 24, ein 3/2-Wegeventil 25, ein 5/2-Wegeventil 26, einen Behälter (Dämpfungsgefäß 27, ein Rückschlagventil 28 und zwei Manometer 29 und 29a. Die beiden Wegeventile 25 und 26 werden elektromagnetisch betätigt.

Von dem Anschluß N des Druckluftnetzes an das Steuergerät führt eine erste Stichleitung 31 über den Druckregler 20 zu dem Zylinder des Sollwertkolbens 12, eine zweite Stichleitung 32 zu der ersten Drossel 22 und eine dritte Stichleitung zu dem zweiten Druckregler 21. Die Stichleitung 32 verzweigt sich hinter der Drossel 22 in einen ersten Zweig 34, in welchem die zweite Drossel 23 liegt, und in einen zweiten Zweig 35. Die Stichleitung 33 führt an den Eingang 5, und der Zweig 34 der Stichleitung 32 führt an den Eingang P des 3/2-Wegeventils 25, dessen Ausgang A zu einem Verzweigungspunkt 36 führt, von dem eine Zuleitung 37 zur Staudüse 11 und eine andere Leitung 38 über die dritte Drossel 24 zu dem Bremszylinder 30 führt. Das Manometer 29 zeigt den hinter der Drossel 24 wirksamen Bremsdruck an. Das Manometer 29a zeigt den gewählten Sollwertdruck an.

Der zweite Zweig 35 ist an den mittleren Anschluß P des 5/2-Wegeventils 26 angeschlossen, während die anderen beiden Eingänge R bzw. S mit dem Dämpfungsgefäß 27 bzw. der Zuleitung 38 verbunden sind. Von dem Ausgang B des Ventils 26 führt eine Leitung 39, in der das Rückschlagventil 28 liegt, zu dem hinter der Drossel 24 liegenden Stück 38a der Zuleitung 38 zum Bremszylinder 30, und vom Ausgang A des Ventils 26 führt eine weitere Leitung 40 direkt zu diesem Leitungsstück 38a.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der gesamten Bandzugregeleinrichtung beschrieben.

Es sei angenommen, daß an dem Anschluß Λ/aus dem Druckluftnetz ein Druck von 6 atü zur Verfügung steht. Mit dem Druckregler 20 wird am Manometer 29a der den Sollwert des Bandzuges bestimmende Druck für den Sollwertkolben 12 eingestellt, der den Hebel 7 beaufschlagt und entsprechend dem Verhältnis L: e (z. B. 10 :1) die Gegenkraft zur resultierenden Kraft des Bandzuges erzeugt.

Bei Stillstand der Maschine bzw. des Bandes sorgt der Sollwertdruck im Zylinder des Sollwertkolbens 12 dafür, daß uie Staudüse 11 geschlossen ist. Die Stichleitung 33 ist über den in seiner Ruhestellung befindlichen 3/2-Wegeschalter 25 mit dem Verzweigungspunkt 36 verbunden. An dem Druckregler 21 kann ein niedriger Haltedruck von etwa 0,5 atü eingestellt werden, der über die Zuleitung 38 und die Drossel 24 am Ausgang B

des Steuergerätes ansteht und den Bremszylinder 30 beaufschlagt. Mit diesem geringen Bremsdruck fährt die Maschine bzw. das Band an.

Das 3/2-Wegeventil 25 erhält etwa 0,5 bis 1 see nach dem Anfahren über ein Zeitrelais Spannung und schaltet in seine Betriebsstellung um, die es im Falle eines Schnellstops bis zum Stillstand oder bei langsamem Abbremsen so lange beibehält, bis die Anfahrgeschwindigkeit wieder unterschritten wird. Beim Umschalten in die Betriebsleitung wird die Stichleitung 32 mit der Drossel 22 und ihrem Zweig 34 mit der Drossel 23 mit dem Verzweigungspunkt 36 verbunden, während die Stichleitung 33 abgeschaltet wird. Damit steht der volle Betriebsdruck zur Verfügung. Dieser Druck baut sich über die Drosseln 22 und 23 langsam am Verzweigungspunkt 36 auf, da die Staudüse 11 durch den Sollwertdruck noch geschlossen ist. Der Druckaufbau am Verzweigungspunkt 36 überträgt sich über die Zuleitung 38, verzögert durch die Drossel 24, auf den Bremszylinder 30. Das Bremsmoment und damit der Bandzug steigen an, bis die resultierende Kraft des Bahnzuges auf die Meßrolle 2, übersetzt durch den Hebel 7, im Gleichgewicht ist mit der durch den Sollwertdruck im Sollwertzylinder 12 des Bremsdruckgebers ausgeübten Kraft und bis sich der Hebel 7 etwas von der Staudüse 11 abhebt. In diesem Augenblick ist der Druckanstieg beendet, und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein bei einem ständigen, geringen Luftaustritt an der Staudüse 11. In der Drossel 24 findet während dieses Gleichgewichtszustandes keine Strömung statt, und der Luftdruck am Ausgang B des Steuergerätes ist gleich dem Luftdruck am Ausgang A.

Mit der Drossel 24 können jedoch Bremsdruckschwankungen gedämpft werden, da parallel zum Ausgang B bzw. Bremszylinder 30 über die Leitung 40 und das in seiner Ruhestellung befindliche 5/2-Wegeventil 26 das Dämpfungsgefäß 27, ein Luftbehälter von geringem Volumen (z. B. 0,75 Liter) angeschlossen ist, das auf den im Gleichgewichtszustand wirksamen Bremsdruck aufgeladen wird.

Beim Schnellstop wird das 5/2-Wegeventil 26 erregt und schaltet in seine Betriebsstellung um. Das Dämpfungsgefäß 27 wird von der Leitung 40 zum Bremszylinder 30 abgeschaltet und abgesperrt, so daß es den bei Einleitung des Schnellstops herrschenden Bremsdruck speichert. Die Leitung 40 wird mit dem zweiten Zweig 35 der Stichleitung 32 verbunden. Dadurch wird der Netzdruck unter Umgehung der Drosseln 23 und 24 nur über die Drossel 22 unmittelbar auf den Bremszylinder 30 gegeben, wodurch ohne ίο Einwirkung der Bahnspannung auf den Bremsdruckgeber ein sofortiges Ansteigen der Bremskraft zum Abbremsen der Bandwickel erfolgt. — Wird dabei, wenn z. B. die Bandwickel nur noch geringen Durchmesser und damit geringes Trägheitsmoment haben, die Bremskraft zu groß, so wird die Staudüse 11 ganz geöffnet, und der Luftdruck am Ausgang A sinkt ab. Gleichzeitig öffnet sich das Rückschlagventil 28 und beschleunigt den Druckabbau dadurch, daß es die Drossel 24 in der Zuleitung 38 zum Bremszylinder 30 kurzschließt, so lange, bis sich über die Drossel 22 wieder ein ausgewogener Zustand einstellt.

Einige Sekunden nach dem Beginn des Schnellstops werden beide Ventile 25 und 26 wieder stromlos und schalten in ihre Ruhestellungen zurück. Dadurch wird der im Dämpfungsgefäß 27 gespeicherte Bremsdruck über die Leitung 40 wieder auf das Leitungsstück 38a zum Bremszylinder 30 gegeben. Wenn die Maschine nicht wieder angefahren, sondern stillgesetzt bleibt, baut sich der Bremsdruck allmählich über die Drossel 24, Leitung 38, Verzweigungspunkt 36 und das in seiner Ruhestellung stehende 3/2-Wegeventil 25 über den Druckregler 21 auf den an diesem eingestellten Haltedruck (z. B. 0,5 atü) ab.

Die Lagerung der Meßwalze mittels Exzenterzapfen kann nicht nur bei einer Bandabwickelvorrichtung zur Regelung der Bandspannung durch eine Bremse eingesetzt werden, sondern auch mit gleichem Vorteil zur Regelung eines Antriebsmotors oder einer Schlupfkupplung zum Vorwärtsziehen eines Bandes von einer Wickelrolle durch eine Verarbeitungsmaschine hindurch.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Pneumatische Bandzugregeleinrichtung, insbesondere für Papiermaschinen, mit einem Bremszylinder, einem Steuergerät, einer Druckluftquelle und einem Bremsdruckgeber, in welchem der Istwert des Bandzuges mittels einer vOn dem Band teilweise umschlungenen, beweglich gelagerten Meßwalze auf einen schwenkbaren Hebel übertragen wird, der zwischen einem mittels eines einstellbaren Druckreglers mit einem vorgegebenen Luftdruck beaufschlagbaren Kolben als Sollwertgeber des Bandzuges (Soüwertkolben) und einer Staudüse angeordnet ist, die je nach dem Grad ihrer Abdeckung durch den Hebe! einen Staudruck erzeugt, welcher den Bremszylinder beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwalzc (2) auf einer Achse (3) drehbar gelagert ist, die mit Exzenterzapfen (4) an ihren beiden Enden in die Richtung der Resultierenden der Bandzugkraft einstellbar in Lagerplatten (5) schwenkbar gelagert ist und an der der im Bremsdruckgeber (10) zwischen dessen Sollwertkolben (12) und der Staudüse bewegliche Hebel (7) verstellbar befestigt ist.

2. Bandzugregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hebel (7) neben dem Sollwertkolben (12) ein Kompensationskolben (13) angeordnet ist, dessen Druckraum mit der Zuleitung (37) zur Staudüse (11) verbunden ist.