DE2704610A1

DE2704610A1 - Verfahren zum konstanthalten der bahngeschwindigkeit eines auf eine angetriebene rolle aufzuwickelnden materials sowie eine regelanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2704610A1
Application number: DE19772704610
Authority: DE
Inventors: Werner Dennhardt
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1977-02-04
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2704610C2; JPS5397171A; US4166590A

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT

KALLE Niederlassung der Hoechst AG K 2529

Wiesbaden-Biebrich 28. Januar 1977

WLI-DI.Z.-is

Verfahren zum Konstanthalten der Bahngeschwindigkeit eines auf eine angetriebene Rolle aufzuwickelnden Materials sowie Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konstanthalten der Bahngeschwindigkeit eines auf eine angetriebene Rolle aufzuwickelnden Materials sowie eine Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Verabeitung von bahnförmigem Material ergibt

sich oft die Notwendigkeit, daß das Bahnmaterial zwischendurch auf eine Rolle aufgewickelt werden muß, bevor es weiterverarbeitet werden kann. Dies setzt im allgemeinen eine konstante Bahngeschwindigkeit des Materials voraus, wofür in der Papierindustrie und der Walzwerktechnik üblicherweise Leonard-Antriebe als Steuereinheiten für sogenannte Hyperbelwickler eingesetzt werden. Diese Steuereinheiten für große Lastantriebe sind technisch aufwendig und es ist wenig sinnvoll, für kleine Last- bzw. Leistungs antriebe einen ähnlich hohen technischen Aufwand zu betrei ben.

Das Aufwickeln von band- oder drahtförmigem Gut mit kon-

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stanter Zugkraft ist ein Vorgang konstanter Leistung, falls auch die AnIieferungs- bzw. Bahngeschwindigkeit des Gutes konstant ist. Die Veränderung des Wickeldurchmessers einer aufnehmenden Rolle ändert an diesem Zusammenhang nichts. Bei größer werdendem Wickeldurchmesser sinkt zwar die Drehzahl des Motors, der die Aufwickelrolle antreibt, aber gleichzeitig steigt sein Drehmoment. Das Produkt aus der Drehzahl und dem Drehmoment stellt die mechanische Leistung dar, die der Zugkraft auf das aufzuwickelnde Gut entspricht und die im wesentlichen konstant bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine vorwählbare konstante Bahngeschwindigkeit eines aufzuwickelnden Gutes bei sich änderndem Durchmesser des Wickels ermöglicht.

Im Rahmen dieser Aufgabe ist zur Durchführung des Verfahrens eine Regelanordnung zu schaffen, die leistungskonstant einen Motor, der die Aufwickelrolle antreibt, regelt,

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Die weitere verfahrensmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Maßnahmen der Patentansprüche 2 und

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 aus. 30

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Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind aus den Patentansprüchen 5 und 6 ersichtlich.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit geringem technischem Aufwand eine mit Antrieben für große Lasten qualitativ vergleichbare gute Regelung der Konstanz der Bahngeschwindigkeit eines aufzuwickelnden Gutes erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Regelanordnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regelanordnung zum Konstanthalten der Bahngeschwindigkeit des von einer Vorratsrolle auf eine Aufwickelrolle transportierten Materials, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Drehzahl η des Antriebsmotors der Aufwickelrolle als Funktion des Wickeldurchmessers d bzw. den Wickeldurchmesser d als Funktion einer Steuerspannung U_{st uer}» ^unc·

Fig. 4 die Funktion nach Fig. 3 in doppe!tlogarithmischer Darstellung.

Vor der Beschreibung der Regelanordnung nach Fig. 1 wird der Zusammenhang der mechanischen Parameter wie der Drehzahl η des Antriebsmotors M und dem Wickel durchmesser d

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mit den entsprechenden elektrischen Stellgrößen kurz erläutert.

Soll die Bahngeschwindigkeit ν konstant gehalten werden, so muß sich die Drehzahl η des Antriebsmotors M mit zunehmendem Durchmesser d eines Wickels 19 vermindern. Für die Drehzahl η ergibt sich mit der Bahngeschwindigkeit ν in m/min und dem Wi ekel durchmesser d in mm

_{n s} ν · 1000 (U

d . T

Für konstante Bahngeschwindigkeit ν folgt

_{v =} η . d . /T (2)

1000

oder ^_

ν = η . d . K mit K = —- (³)

1000 20

Als elektrische Stellgröße, die den mechanischen Größen äquivalent ist, muß ein Wert gefunden werden, der die Bedingung der Gleichung (3) erfüllt.

Aus dem Blockschaltbild nach Fig. 2 der Regelanordnung ist zu entnehmen, daß für die an einem Widerstand R, auftretende Regel spannung U₁ mit einer konstanten Eingangssteuerspannung U , die voll an einem Potentiometer R abgegriffen wird, gilt

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^Ro ^{+ R}1

mit dem Spannungsverhältnisfaktor m = 1 am Abgriff des Potentiometers R, R = R,_dx = a . d, wobei d der Wickel durchmesser ist.

Es wird dann. _n

_{1 o}

¹ ° a . d +

U₁ - υ_Ω

¹ °

a (d +

Figur 3 zeigt die Hyperbel charakteristik eines Hyperbelantriebs, nämlich den Funktionszusammenhang zwischen der Drehzahl η und dem Wickel durchmesser d bzw. dem Wickel durchmesser d und der Steuerspannung Uc_teue des Antriebsmotors M der Aufwickelrolle für konstante Bahngeschwindigkeit ν des aufzuwickelnden Gutes.
"

Wird eine lineare Koordinatentransformation derart vorgenommen, daß die Ordinatenachse in Fig. 3 um den Betrag R₁ verschoben wird, bis sie die gestrichelte Lage F" einnimmt, so ergibt sich d + R^a minus der Verschiebung

d_Q = — zu d und aus Gleichung (6) erfolgt

U₁ - U ^Ri (7)·

⁰ a . d

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In der Praxis wird für den Wert d der Durchmesser der Aufwickelrolle genommen.

Technisch bedeutet diese Koordinatentransformation, daß das Potentiometer R erst bei einem Durchmesser d = d des Wickels auf der Aufwickelrolle anspricht, d.h. die Eingangssteuerspannung U beeinflußt.

Die Regelanordnung kann nur dann die Hyperbel funktion elektrisch exakt nachbilden, wenn die Kennlinie des Reglers für den Antriebmotor M der Funktion

ⁿMot ^{= b} * ^USteuer (⁸^

genügt, mit der Drehzahl n.. . des Antriebmotors, einer Konstanten b und der Steuerspannung U<-_t des Antriebsmotors. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht ein linear proportionaler Zusammenhang zwischen der Drehzahl ⁿMot ^^es Antriebmotors und seiner Steuerspannung Ug_t .

Die Bedingung für die exakte Nachbildung der Hyperbelfunktion durch die Regelanordnung lautet somit

^USteuer =- ^U1 25

Aus den Gleichungen (3) und (8) ergibt sich

^{n =} 5 · { ^{; n}Mot ^{= b} ' ^USteuer

5 · i - b . U_e+ (9)

cf J. Steuer ^v '

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Mit konstanter Bahngeschwindigkeit ν gilt dann

ν - b . K . d . U_steuer - c . d . U_steuer (10) mit der Konstanten c.

Wie schon eingangs erwähnt wurde, muß das Produkt der beiden mechanischen Größen Drehzahl und Drehmoment, die die Zugkraft ergeben, elektrisch nachgebildet werden. Die Nachbildung erfolgt, wie Gleichung (10) zeigt, mittels des Produkts aus Wickel durchmesser d und der Steuerspannung U_st des Antriebmotors, die gleich der Regelspannung U- des Reglers ist.

Die Darstellung nach Fig. 4 zeigt, wie über die Änderung der Eingangssteuerspannung U die Bahngeschwindigkeit ν des aufzuwickelnden Materials verändert werden kann, ohne daß die übrigen Parameter wie Widerstandswert des Potentiometers R, der Widerstand R- oder die Konstante a, die den Zusammenhang zwischen Wickeldurchmesser d und dem Schiebewiderstand R beschreibt, geändert werden müssen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Aufwickelvorrichtung, die von der Regelanordnung gesteuert wird. Von einer Vorratsrol- Ie 12 wird das aufzuwickelnde Material 20 über eine erste Umlenkrolle 16, eine Tänzerwalze 14 und eine zweite Umlenkrolle 16 der Aufwickelrolle 18 zugeführt, die beispieis· weise einen Durchmesser d_Q aufweist. Bei der Tänzerwalze handelt es sich um eine bekannte Einrichtung, die nicht näher beschrieben wird, und die die Aufgabe hat, bei einer

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Bremsung oder einer Beschleunigung des aufzuwickelnden Materials durch eine entsprechende Abwärts- oder Aufwärtsbewegung stets für eine ausreichende Zugspannung zu sorgen. Ein Wickel 19 auf der Aufwickelrolle 18 besitzt einen Wi ekel durchmesser d. Die Aufwickelrolle 18 wird von dem Antriebsmotor M gesteuert, der seine Steuerspannung U<.. von dem Regler 10 empfängt.

Auf der Eingangsseite der Regelanordnung ist zwischen den Zuleitungen 21 und 27 ein Potentiometer R geschaltet, dessen Abgriff 30 mit dem Schiebewiderstand R über eine Leitung 25 verbunden ist. Das Potentiometer R steht über eine Leitung 29 mit der einen Zuleitung 21 in Verbindung. Die am Potentiometer R abgegriffene Spannung folgt aus m . U mit m ^ 1, je nach der Stellung des Abgriffs 30 des Potentiometers R. Das Potentiometer stellt einen Sollwertgeber dar, der entsprechend einem vorgegebenen Wert des Durchmessers des Wickels 19, der normalerweise gleich dem Durchmesser der Aufwickelrolle 18 gewählt wird, ab dem eine Verstellung des Schiebewiderstandes R erfolgt, einstellbar ist.

Ein beweglicher Abgriff 28 des Schiebewiderstandes R ist über ein Verbindungsstück 23 mit einem Sensor 22 zu einer Einheit zusammengefaßt. Zweckmäßigerweise kann die Ausgestaltung derart erfolgen, daß der Sensor 22 zugleich der Abgriff 28 des Schiebewiderstandes R ist. Dieser ist über seinen beweglichen Abgriff 28 in Reihe mit dem Widerstand R₁ geschaltet und bildet mit diesem einen Spannungs- teiler. Am Widerstand R- liegt die Regel spannung IL als Eingangsspannung für den Regler 10 an.

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Der Sensor 22 berührt den Umfang des Wicklers 19 tangential am höchsten Punkt, und es ist ersichtlich, daß mit zunehmendem Durchmesser des Wickels 19 der Sensor 22 und damit der Abgriff 28 des Schiebewiderstands R verschoben werden, wodurch der Widerstandswert von R geän dert und damit auch die Spannungsaufteilung über den Spannungsteiler, gebildet aus R und R-, verändert wird. Die Verstellung des Schiebewiderstands R ist proportional der Änderung des Durchmessers des Wickels 19 und somit der Widerstandswert von R_Q eine Funktion des Wickeldurchmessers d. Die Verschiebung des Sensors 22 erfolgt gegen die Kraft einer Druckfeder 24, die sich mit einem Ende gegen den Sensor 22 und mit dem anderen Ende gegen einen Anschlag 26 abstützt.

- Patentansprüche 30

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Claims

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Patentansprüche

1J Verfahren zum Konstanthalten der Bahngeschwindigkeit eines auf eine angetriebene Rolle aufzuwickelnden Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl eines Antriebmotors der Rolle linear proportional seiner Steuerspannung gewählt wird und daß die Drehzahl mit zunehmendem Durchmesser des Wickels auf der Rolle entsprechend einer Hyperbelcharakteristik zwischen der Drehzahl und dem Durchmesser des Wickels verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Durchmessers des Wickels durch Abtastung der Wickeloberfläche gemessen wird und daß pro- portional zu dieser Änderung ein regelbarer Widerstand verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des regelbaren Widerstandes erst ab einem vorgegebenen Wert des Durchmessers des Wickels vorgenommen wird.
4. Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens

nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Regler zum Steuern der Drehzahl eines angeschlossenen Motors, der eine Rolle unter Konstanthaltung der Bahngeschwindigkeit des darauf aufzuwickelnden Materials antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (22) den Durchmesser (d) des Wickels (19) auf der Rolle (18) abtastet, daß der Sensor (22) mit dem beweglichen Abgriff (28) eines Schfebewiderstandes (R )

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ORIGINAL INSPECTED

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vereint ist, der mit einem Widerstand (R.) in Reihe geschaltet einen Spannungsteiler bildet und daß der Widerstand (R.) mit dem Regler (10) in Parallelschaltung verbunden ist.
5
5. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) am Umfang des Wickels (19) anliegt und daß eine Druckfeder (24) vorgesehen ist, die sich mit einem Ende gegen den Sensor (22) und mit dem anderen Ende gegen einen Anschlag (26) abstützt.
6. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertgeber in Form eines Potentiometers (R), das entsprechend dem vorgegebenen Durchmesser (d ), ab dem eine Verstellung des Schiebewiderstandes (R ) erfolgt, einstellbar ist, über seinen Abgriff (30) mit dem Schiebewiderstand (R ) verbunden ist und daß an dem Potentiometer (R) die konstante Eingangssteuerspannung (U ) anliegt.

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