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Rotorschneideinrichtung zum Zeschneiden einer
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Materialbahn in Abschnitte Die brfindung betrifft eine Rotorschneidenrichtung
zum Zerschneiden einer kontinuierlich bewegten Materialbahn, bei der es sich um
Papier, Bahnmaterial oder Schlaudchmaterial handeln kann. Die brfindung befaßt sich
insbesondere mit einem System für das Steuern der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors
für den Schneidwerkzeugantrieb. Diese Steueru soll in Übereinstimmung mit einem
liotord-rehgeschwindigkeilssteuermuster erfolgen, das vom Verhältnis zwischen der
gewünschten Abschnittslänge der Abschnitte der Materialbahn and der Umfangslänge
des Schneidwerkzeugs bestimmt ist.
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Hotorschneideinrichtungen dieser Art können in mechanisch gesteuerte
und elektronisch gesteuerte unterteilt werden.
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Die mechanisch gesteuerten j<otorschneideinrichtungen weisen
ein
Schneidwerkzeug auf, das mit der Kraftquelle einer die Materialbahn zuführenden
Mechanik über ein Geschwindigkeitswechselgetriebe und einen Kettentrieb verbunden
ist, so daß das Schneidwerkzeug und die Zuführmechanik für die Materialbahn von
der gleichen Kraftquelle aus angetrieben sind. Eine Veränderung in der Absohnittlänge
der Abschnitte der Materialbahn wird also durch Andern des Untersetzungsverhältnisses
des Geschwindigkeitswechselgetriebes hervorgerufen.
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Da während des Schneidvorgangs die Umfangsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges
und die Materialbahngeschwindigkeit gleich sein müssen, wird die Materialbahngeschwindigkeit
durch eine ungieichförn'ige Bewegunb des Kettentriebes gleich der Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeuges gemacht.
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din Nachteil dieser mechanisch vesteuerten Rotorschneideinrichtungen
liegt darin, daf; wegen der nur allmählichen GEschwindigkeitsänderung bei Veränderung
der Abschnittslänge der Materialbahn eine größere Menge Material verloengeht, bis
tatsächlich die neue @bschnittslänge erweicht ist. Das geschieht während der Perioden
der Beschleunigung und Verzögerung, also der Erhöhung bzw. Verkleinerug der Materialbahngeschwindigkeit.
din weiterer Nacilteil liegt darin, daß die sich ergebende Abschnittslänge durch
die Differenz in den mechanischen Anderungen zwischen Zuführmechanik und Umlauf
des Schneidwerkzeugs beeinflußt wird. Schließlich wird ein Zuschneidfehler durch
jeden Schlupf zwischen Zuführmechanik und Materialbahn hervorgerufen.
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bureh die elektronisch gesteuerte Rotorschneideinrichtung wurde ein
großer leil der Fehler der mechanischen jeterschneideinrichtungen überwunden. Auch
die elektronisch
gesteuerten Rotorschneideinrichtungen weisen jedoch
noch Fehler| auf.
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So basieren die herkömmlichen elektronisch gesteuerten Hotorschneideinrichtungen
auf einem Verfahren, nach dem Materialbahngeschwindigkeitsanzeigeimpulse subtraktiv
an ein itgister gelegt werden, während eine Anzahl Abschnittlängenanzeigeimpulse
jedes Mal additiv an das Register gegeben werden, wenn das Schneidwerkzeug den Schneidendpunkt
passiert hat. Gleichzeitig wird eine Anzahl von Impulsen, die einem Umlauf des Rotor-Schneidwerkzeuges
entspricht, subtraktiv an das Register gelegt. Der Speicherinhalt des Registers
wird in eine Gleichspannung entgegengesetzten Vorzeichens umgesetzt. Diese wird
ihrerseits proportional zur Materialbahngeschindigkeit der Gleichspannung hinzugefügt,
die die Vorwärtslaufgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs steuert. Als Folge hiervon
ist die als Geschwindigkeitsreferenz an die Geschwindigkeitssteuereinrichtung des
Schneidwerkzeugantrieb-Gleichstrommotors gelegte Summe nur dann wirksam, wenn diese
sich ergebende Summe eine Polarität aufweist, durch die das Schneidwerkzeug vorwärtsgedreht
wird.
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Bei dieser Methode werden also die der Abschnittslänge entsprechend
Impulse und die einer Umdrehung des Schneidwerkzeugs entsprechenden Impulse nach
Beendigung des Schneiden$ angelegt. Mit Ausnahme des Falls, daß die Anzahl der Impulse
entsprechend einem Umlauf des Schneidwerkzeugs nahe derjenigen Anzahl von Impulsen
ist, die der Abshnittlange entspricht, wird also das Schneidwerkzeug unabhängig
von der Materialbahngeschwindigkeit einer raschen Beschleunigung oder Verzögerung
unterworfen, die von der Strombegrenzung des Servomotors abhängig ist. Folglich
werden die mechanischen Teile
ständig mit einem Maximaldrehmoment
belastet.
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Das hat eine erhebliche Verminderung der Lebensdauer und Standfestigkeit
der mechanischen Teile zur Folge.
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Obwohl die elektronisch gesteuerte Rotorschneideinrichtung eine große
leistung hat, wird das Schneidwerk üblicherweise durch einen Gleichstrommotor und
eine Steuereinrichtung mit einem Ward-Leonard-Thyristor gesteuert. Es ist jedoch
üblich, die Ansprechgeschwindigkeit auf die Steuerung auf Kosten der Schleifenverstärkung
zu erhöhen. Das ist eine Folge der Tatsache, daß hohe Geschwindigkeiten mit begrenzten
Frequenzwerten gesteuert werden müssen. Die Kontrolleinrichtung ist jedenfalls nicht
in der Lage, gleichzeitig die notwendigen Betriebsgeschwindigkeiten und die notwendigen
Beschleunigungs-bzw. Verzögerungswerte zur Verfügung zu stellen. Das macht es unmöglich,
die Abnahme in der Verstärkung durch eine digitale Schaltung zu kompensieren. Das
hat aber wiederum eine Verschlechterung des genauen Arbeitens des Servomotors zur
Folge.
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Andererseits wird der Speicherinhalt des ltegisters in eine Gleichspannung
entgegengesetzten Vorzeichens bzw. entgegengesetzter Polarität umgesetzt und mit
einer für die Materialbahngeschwindigkeit repräsentativen Spannung kombiniert.
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er sich ergebende Summenwert wird als ltingang an den Antriebsservomotor
des Schleifwerkzeugs gelegt. Das geschieht jedoch nur, wenn der Summenwert eine
Polarität aufweist, die eine Drehung des ochneidwerkzeugs in Vorwärtsrichtung zur
Folge haben würde. Liegt die Summe in einem Bereich, in dem kein Vorvärtsdrehantrieb
des Schneidwerkzeugs hervorgerufen würde, so wird ein Nulleingang an den Servoeingang
gegeben und zwar völlig unabhängig vom Speicherinhalt des jegisters.
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Wenn unter diesen Umständen im Servomotor eine Nullpunktdrift
auftritt,
so wird das Schneidwerkzeug trotz der Tatsache, daß es eigentlich in Ruhe sein müßte,
in die eine oder andere Richtung gedreht.
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Bei der Herstellung langer Abschnitte hat dies den Effekt ,daß die
effektive Nachführzeit verkürzt und damit die Genauigkeit negativ beeinflußt wird.
Geht man von einem Beispiel aus, bei dem keine Notwendigkeit besteht, das eibungsdrehmoment
des Schneidwerkzeuges in Betracht zu ziehen und bei dem die Materialbahn-Abschnittslänge
größer als die Umfangslänge des Schneidwerkzeugs ist, so wird die durch die Umwandlung
des Speicherinhaltes erhaltene Gleichspannung so eingestellt, daß bei der Umfangslänge
des Schneidtlerkzeuges entsprechend dem Speicherinhalt die durch die Umwandlung
erhaltene Gleichspannung gleich der maximalen Materialbahngeschwindigkeitsspannung
entspricht, die durch die maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung des Schneidwerkzeugs
zugelassen ist.
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Das bedeutet, daß die iMückkopplungsfehlergröße nicht so eingestellt
werden kann, daß man optimale Ergebnisse erheilt.
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Auch hierdurch wird die Genauigkeit der Steuerung beeinträchtigt.
Mit dieser Steuetinrichtung wird die Nachführgeschwindigkeit des Servomotors mit
der Abnahme des olDeicherinhaltes exponentiell abnehmen. Nimmt also der Speicherinhalt
auf die Hälfte ab, so wird die Nachführgeschwindigkeit ebenfalls auf die Hälfte
reduziert. Die Nachfnhrgeschwindi<gkeit reduziert sich auf ein Viertel, wenn
der Speicherinllalt auf ein Viertel vermindert wird, usw. Im Vergleich zu einem
System, bei dem der Servomotor eine lineare Nachführung zeigt, bis der Fehler genügend
klein gemacht ist, ergibt sich also eine sehr große notwendige Nachführzeit. Selbst
wenn die Nach führung nicht ausreicht, bleibt der Fehler vom vorherigen
Schnitt
im Register zurück, so daß im Verlauf des nächsten Schneidvorganges die Materialbahn
in der gewünschten Abschnittslänge geschnitten werden kann. Die Beibehaltung eines
solchen gleichbleibenden Fehlers führt jedoch zur Tendenz, auch den Fehler durch
Geschwindigkeitsänderungen zu ändern und damit auch die aus der Naterialbahn geschnittenen
Abschnittslängen. Das stellt aber dann einen tatsächlichen Fehler dar.
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biel der Erfindung ist es, diese Nachteile der @otorschneideinrichtungen
nach dem Stand der Technik zu vermeiden.
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As ist dabei Luigabe der @erfindung, die i1etorschneideinriclltunU
mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Dreiizaiil des Antriebsmotors für das
Schneidwerkzeug ausurüsten, die die Steuerung entsprechend einem @otordrehgeschwindigkeitssteuermuster
vornimmt, das aus der beziehung der aus der liaterialbahn zuzuschneidenen @bschnittlänge
und der Länge des @chneidwerkzeugumfangs gewonnen wird, wodurch beim kontinuierlichen
Zerschneiden der Materialbahn in Abschnitte ein hoher Grau von Genauigkeit erzielt
wird.
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Dabei soll die Steuereinrichtung mit drei Steuersignalen arbeiten,
nämlich einem betriebsbesctlwindigkeitssteuersignal, eineril Nachführlchlersignal
und einen Beschleunigungssignal.
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Diese drei Signale werden zur; Steuern der Dehzahl bzw. Umlauf geschwindigkeit
des Antriebsgleichstrommortors des Schneidwerkzeuges errechnet und zwar in Abhängigkeit
vom Rotordrehgeschwindigkeitssteurumster und der Materialbahngeschwindigkeit.
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Hierfür ist erfindungsgemäß weiter ein Koeffizientgenerator vorzusehen,
der aus der Abschnittslänge, in die die t4aterialbahn zu zerschneiden ist, und der
Länge des Schneidwerkzeugumfangs einen Bescdhleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
ermittelt,
der selbst ein Indikator für Geschwindigkeitsschwankungen im Rotordrehgeschwindigkeitssteuermuster
ist.
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Dazu soll erfindungsgemäß auch ein Funktionsgenerator vorgesehen
werden, der in Abhängigkeit vom angelegten Beschleunigungs/VerzögerungsKceffizienten
und den Materialbahngeschwindigkeitsanzeigeimpulsen einen Funktionsausgang erzeugt,
der für das gewünschte Rotordrehgeschwindigkeitssteuermuster repräsentativ ist.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Brfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung, auf die wegen aller hier
nicht ausdrücklich beschriebener Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, ist die
Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Graphen des Rotordrehgeschwindigkeitssteuermusters
für den Fall, daß die aus der Materialbahn zuzuschneidende Abschnittslänge kürzer
ist als die Umfangslänge des Schneidwerkzeugs, Fig. 2 einen Graphen des otordrehgeschwindigkeitssteuermusters
für den Fall, daß die aus der Materialbahn zuzuschneidende Abscimittslänge größer
ist als die Umfangslänge des Schneidwerkzeugs, Fig. 3 einen Graphen des Xotordrehgeschwindigkeitssteuermusters
für den Fall, daß die aus der Materialbahn zuzuschneidende Abschnittslänge mehr
als das Zweifache der länge beträgt, die sich beim Subtrahieren
des
Schnittzuschnittabstandes des Schneidwerkzeugs von der Länge des Schneidwerk -zeugumfangs
ergibt, Fig. 4 eine Blockschaltung einer bevorzugten Ausführungsform, Fig. 5 eine
Blockschaltung des Funktionsgenerators von Fig. 4, Fig. 6 eine Blockschaltung einer
anderen Ausführungsform des Funktionsgenerators von Fig. 4, und Fig. 7 eine Blockschaltung
noch einer weiteren Ausführungsform des Funktionsgenerators von Fig. 4.
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Das Rotordrehgeschwindigkeitssteuermuster kann drei verschiedene
Geschwindigkeitssteuermustertypen aufweisen und zwar jednach dem Verhältnis zwischen
der Abschnittslänge 4 , in die die Materialbahn zerschnitten werden soll, und der
Umfangslänge Lh bei der Drehung der Schneidkante des Schneidwerkzeugs. Die drei
Typen sind in den Figuren 1 bis 3 gezeigt.
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Fig. 1 zeigt die otordrehgeschwindigkeit V als Ordinate über der
Zeit t aufgetragen. Dargestellt ist ein Geschwindigkeitssteuermuster, das sich ergibt,
wenn die angestrebte Abschnittslänge Lo kürzer ist als die Umfangslänge s , wenn
also LO < LR bei einer Materialbahngeschwindigkeit von Vo gilt.
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In anderen Worten: nach Durchführung jedes Schnitts muß das Schneidwerkzeug
den Längenunterschied # L zwischen der Umfangslänge Blt und der Abschnittslänge
Lo ausgleichen. Das Schneidwerkzeug wird deshalb zu einer schnelleren Drehung bis
zu einem Zeitpunkt t1 beschleunigt, in dem es die Geschwindigkeit anVn erreicht
hat. Anschließend wird das Schneidwerkzeug
bis zu einem Zeitpunkt
t2 verzögert, zu dem es die Geschwindigkeit VO erreicht hat, die gleich der Materialbahngeschwindigkeit
ist. Der nächste Schnitt erfolgt zum Zeitpunkt t.
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Fig. 2 zeigt ein Geschwindigkeitssteuermuster, das dann benützt wird,
wenn die aus der Materialbahn zuzuschneidende Abschnittslänge Lo größer ist als
die Umfangslänge Lh, wenn also die Materialbahn in längere Abschnittslängen zerschnitten
wird. In diesem Fall wird das Schneidwerkzeug um einen dem Betrag von A L = A -
L0 entsprechenden Betrag verzögert, so daß ein ausreichender Materialbahnvorschub
erfolgen kann. Anschließend wird die Dreh- bzw. Umfangsgeschwindigkeit wieder auf
die Materialbahngeschwindigkeit angehoben. Der Schnitt wid zum Zeitpunkt t3 durchgeführt.
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Fig. 3 zeigt das Geschwindigkeitssteuermuster für den Fall, daß die
aus der Materialbahn zuzuschneidenden Abschnittslängen noch größer sind. In diesem
Fall gilt k > 2 ( k -die Abschnittslänge k ist also größer als das Doppelte der
Differenz zwischen der Umfangslänge S und des Schneidwerkzeugschnittabstandes S
. Der Schneidwerkzeugschnittabstand LS ist definiert als die von der Materialbahn
im Zeitintervall von t2 tj zurückgelegte Strecke. Bei diesem Zeitintervall handelt
es sich also um jenes, bei dem die Materialbahngeschwindigkeit mit der Hotordrehgeschwindigkeit
synchronisiert ist. Nach Beendigung jedes Schneidvorgangs wird das Schneidwerkzeug
verzögert. Es macht nur eine halbe Umdrehung und wird schließlich zum Zeitpunkt
t1 stillgesetzt. Nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, in der das Schneidwerkzeug
stillgesetzt ist, wird das Schneidwerkzeug wieder gestartet und zum Zeitpunkt t2
auf die Materialbahngeschwindigkeit Vo
gebracht. Dadurch wird auf
die oben beschriebene Weise der nächste Schnitt eingeleitet.
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Fig. 4 zeigt als Blockschaltung eine Ausführungsform.
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Man erkennt eine Materialbahn 1, die in Abschnitte vorbestimmter Abschnittslänge
ausgeschnitten werden soll. Man erkennt weiter ein Schneidwerkzeug 2, das aus einem
Rotor besteht, über dessen Umfang radial eine Klinge vorsteht. Der Abstand von Klinge
zu Klinke ist deshalb, da nur eine einzige Klinge vorgesehen ist, durch die Umfangslänge
des Schneidwerkzeugs definiert. Man erkennt weiter einen Antriebsgleichstrommotor
3 für das Schneidwerkzeug, einen die Vollendung eines Schneidvorgangs des Schneidwerkzeuges
2 feststellenden Grenztaster 4, einen Haterialbahnegeschwindigkeits-Impulsgenerator
5 (PG1), einen Drehbetrag-Impulsgenerator 6 (PG2) zum Feststellen des Drehbetragschneidwerkzeugs
2, und einen Tachometergenerator 7 (IG) zum Feststellen der botordrehgescitwindigkeit
des chneidwerkzeuges 2.
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In der Rechnereit zum irstellen der in den Figuren bis 5 gezeigten
Geschwindigkeitsmuster erkennt man einen BEschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizientgenerator
8, einen Funktionsgenerator 14 einen Fre@uenz-Spannungs-Umsetzer 15, bigital-Analog-U'nsetzer
1b, 20 und 22 (D/A), Vervielfacher 17, 25 und 24, einen Fehlerrechner 19 und Suminierpunkte
1S, 21.
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Zunächst wird nun der ßeschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizientgenerator
o beschrieben. Der Koeffizientgenerator 8 führt die notwendige digitale @echnung
zum Bilden eines Beschlounigungs/Verzögerungs-Koeffizienten a3 durch.
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Die Rechnungsvorgänge für den Erhalt des Beschleunigungs
/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 werden nun beschrieben werden. In den Berechnungsvorgängen, die unten angeführt
werden, gelten die folgenden Symbolerklärungen: Vo = Materialgeschwindigkeit V =
Schneidwerkzeuggeschwindigkeit LR = Umfangslänge des Schneidwerkzeugs LS = Schneidwerkzeugschnittabstand
Lf = Materialvorschub während der Korrekturperiode mit Beschleunigungs/Verzögerungs-Steuerung
des Schneidwerkzeugs (Korrekturvorschub) tl = Zeitpunkt des Wendepunkts im Geschwindigkeitssteuermuster
der Fig. 1 bis 3 t2 = Zeitpunkt des Ausgleichs zwischen Schneidwerkzeuggeschwindigkeit
und Materialbahngeschwindigkeit t3 = Zeitpunkt des Schnitts K = gerade Anstiegslinie
im Geschwindigkeitssteuermuster a1, a2 = Konstanten a3 = Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffiezient
lr = Schneidwerkzeugdrehvorschubstrecke 10 = Mateialbahnvorschubstrecke.
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Betrachtet man Fig. 1 und nimmt an, daß die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit
V während der Periode O-t1 die Geschwindigkeit a1VO erreicht, so gilt für die sich
ergebende gerade hnstiegslinie K = a1 Vo/t1 (1)
In diesem Fall
ist die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit zwischen den Zeitpunkten (o - t1) ) gegeben
durch V t ) = Vo + Kt = Vo + (a 1V0/t1)t (2) Andererseits ist der Korrekturvorschub
Lf gegeben durch = Vo .t2 = Vo . 2 .t1. Setzt man dann die Gleichung 2 ein, so erhält
man V(o - t1 ) = Vo + (2a1Vo²/Lf)t (3) Unter der Annahme, daß a1/Lf = a2, erhalten
wir V(o - t1) v + 2a2Vo²t (4) Auf gleiche Weise wird die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit
V für den Zeitraum zwischen t1 und t2 bestimmt zu (t1 - t2 ) = Vo + 2a2Vo²t1 - 2a2Vo²(t-t1)
(5) Lbenso wird die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit V zwischen den Zeitpunkt t2 t3
gegeben durch V(t2 - t3) =o (6) Auf diese Weise erhält man die notwendigen Gleichungen
für das Berechnen des gewünschten Geschwindigkeitssteuermusters.
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Die Schneidwerkzeugvorschubstrecke v ist gegeben als die Summe der
Zeitintegrale der Schneidwerkzeuggeschwindigkeiten V in den Perioden O - t1. t2
- t2 und t2 - t3.
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Man erhält
= Vot3 + 4a2Vo²t1t2 - a2Vo²t2² (9) Da 2t1 = t2, erhalten wir DR
= Vot3 + a2Vo²t2² (10) Da überidies Vo . t2 = Lf (Korrekturvorschub) und Vo . t3
= Lo (Materialbahn-Abschnittslänge), erhalten wir = Lo + a2Lf² (11) Hier sei angenommen,
daß a2 = a3/2. Das ist eine Konstante, um in den Gleichungen 4 und 5 die Beziehung
zu 2s2 = ag zu vereinfachen. Die Gleichung 11 kann demnach umgeschrieben werden
+ Lo + a3lf²/2.
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a3 ist also gegeben durch a3 = 2 (LR - Lo)/Lf² Da Lf = Lo - LS, ergibt
sich letztendlich a3 = 2(LR - Lo) / (Lo - LS)² (12) Aus der Gleichung 12 kann abgelesen
werden, daß der Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizient errechnet werden kann aus
der Umfangslänge LR des Schneidwerkzeugs, der Materialbahn-Abschnittslänge Lo und
dem Schneidwerkzeugschnittabstand so.
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Setzt man a2 = a3/2 in die obigen Gleichungen 4 und 5 ein, so ergibt
sich als Geschwindigkeitssteuermuster nach Fig. 1 V(o - t) = Vo + o3Vo²t (13)
V(t1
- t2) = Vo + a3Vo²t1 - a3Vo² (t1-t2) (14) V(t2 - t3) = V@ (15) Die Drehgeschwindigkeit
des Schneidwerkzeuges, also die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit kann also als eine
Funktion des Beschleunigungs/VerzögerungsKoeffizienten a3, der Naterialbahngeschwindigkeit
VO, des Wendepunkt-Zeitpunkts t1 und der Zeit t angegeben werden.
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Was die Bedeutung des Beschleunigungs/Verzögerungs Aoeffizienten
a3 betrifft, so gibt dieser die aufgrund der Schneidwerkzeuggeschwindigkeit bei
der flotation erzielte Verlagerung der Schneide an, die am echneidwerkzeug 2 für
jeden Impuls vom Material bahngeschwindikeits-Impulsgenerator 5 von Fig. 4 erzielt
werden muß. Als Ergebnis ergibt sich durch Addieren oder Subtrahieren des Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 für jeden Materialbahngeschwindigkeitsimpuls ein Geschwindigkeitssteuermuster
für die gerdaden Anstiegslinien (bzw. Ilbstiegslinien) von Fig. 1 bis 3, während
der Zeiträume tl - t2 und t2 - t3 als funktioneller Ausgang.
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Zur Durchführung der Berechnung des Beschleunigungs/ Verzögerungs-Koeffizienten
von Gleichung 12 weist der Koeffizientengenerator 8 von Fig. 4 Linsteller 9, 10
und 11 für die Einstellung der Materialbahn-Abschnittslänge Lo, der Umfangs-Länge
D@ des Schneidwerkzeugs und des Schneidwerkzeugschnittabstandes L@ auf. Durch die
Linstellung ergeben sich die Verte von Lo, LR und DS in Form eines digitalen Binärcodes,
der jeweils an einen @oeffizientgenerator 12 gegeben wird.
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Der Koeffizientgenerator 12 erzeugt den Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 durch Durchführung der rechnung entsprechend
Gleichung 12.
Ein Einsteller 13 enthält voreingestellt und als Konstante den Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 für das Aufschneiden der Materilbahn in längere Abschnittslängen (vgl. Fig. 3).
Die Koeffizientausgänge des Koeffizientgenerators 8 können über Umschalter wahlweise
abgerufen werden.
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Als nächstes wird nun der Funktionsgenerator 14 von Fig. 4 beschrieben.
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Der Funktionsgenerator 14 führt die folgenden drei Operationen im
Ansprechen auf den Beschleunigungs/Verzögerungs Koeffizienten a, aus, der an ihn
vom Koeffizientgenerator 8 angelegt wird, wobei gleichzeitig der Materialbahngeschwindigkeitsimpuls
P1 vom Materialbahngeschwindigkeits-Impulsgenerator 5 und ein Rückstellimpuls P2
vom Grenztaster 4 zum Feststellen des Endes jedes Schneidvorgangs an den Funktionsgenerator
14 angelegt sind. Die drei Funktionen sind: a) die Berechnung der Zeit bis zum Wendepunkt
im Geschwindigkeitssteuermuster (Zeitpunkt t1) b) die Berechnung des Drehvorschubs,
den das Schneidwerkzeug für jeden iViaterialbahngeschwindigkeitaimpuls zurücklegen
muß (gilt für die Zeiträume von 0 - tl und von t1 bis t2), c) das Stoppen des Funktionsausgangs
(im Zeitpunkt t2).
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Ausführungsformen für den Funktionsgenerator 14 sind in den Fig. 5
und 6 geze4.
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Fig. 5 zeigt einen Funktionsgenerator 14 mit einem
Äufwärts-Abwärts-Zähler
31, einem Wendepunktgenerator 32, einem Nullpunktgenerator 33, einem Komparator
34 und einem Vervielfacher 35.
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Die Betriebsweise zum Erzeugen des Funktionsausgangs entsprechend
dem Geschwindigkeitssteuermuster von Fig. t ist folgende: Nach Beendigung jedes
Schneidvorgangs wird ein Bückstellimpuls P2 an den Aufwärts-Abwärts-Zähler 31 gelegt,
der damit in seinen Ausgangszustand gelangt. Damit wird der nächste Schneidzyklus
gestartet. Der Aufwärts-Abwärts-Zähler 31 zählt die Materialbahngeschwindigkeitsimpulse
P1 bis zum Zeitpunkt t1 aufwärts. Das Zählergebnis N wird fortlaufend an den Vervielfacher
35 gelegt, der seinerseits das Zählergebnis N mit dem Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a5 multipliziert und so einen Funktionsausgang erzeugt, der für den Drehvorschub
repräsentativ ist, der vom Schneidwerkzeug entsprechend der Vorschubbewegung der
Materialbahn durohzuführen ist. Das Zählergebnis N wird auch an den Komparator 34
gelegt, der seinerseits das Zählergebnis mit demjenigen des Wendepunktes oder ((wo
- so)/ 23 vergleicht. Sobald das Zählergebnis N den Wert ((Lo - so)/2) erreicht,
wird ein Diskriminatorausgang erzeugt, mit dessen Hilfe der Aufwärts-Abwärts-Zähler
31 umgeschaltet wird, so daß er nunmehr subtrahiert bzw. abwärts zählt. Im Ansprechen
auf einen Vergleichswert vom Nullpunktgenerator 33 unterscheidet der Koparator 34,
ob der Zählinhalt des Aufwärts-Abwärts-Zählers 31 bis auf Null abnimmt. Beträgt
der Zählinhalt tatsächlich Null, so wird der Betrieb Aufwärts-Abwärts-Zählers 31
gestoppt und die Funktionserzeugung wird beendet.
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Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform des Funktionsgenerators
14.
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Im Funktionsgenerator von Fig. 5 wird das Zählergebnis N der Materialbahngeschwindigkeitsimpulse
P1 erhalten und mit dem Besohleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten a3 vervielfacht.
Das ist äquivalent zu einer Addition oder Subtraktion des Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 zu sich selbst bzw. von sich selbst bei jedem Auftregen eines Materialbahngeschwindigkeitsimpulßes
P1. Bei der Ansführungsform nach Fig. 6 umfaßt daher der Schaltungsaufbau des Funktionsgenerators
eine Addier-Subtrahier-Einheit 36, einen Komparator 37, einen Wendepunktgenerator
38 und einen Nullpunktgenerator 39. Die Addier-Subtrahier-Einheit 36 addiert oder
Subtrahiert den Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten a5 jeweils bei jedem
Auftreten eines lTaterialbahngeschwindigkeitsimpulses P1. In anderen Wanten: die
Addition wird bis zum Erreichen des Wendepunktes durchgeführt. Danach wird Subtraktion
durchgeführt. Der Berechnungsvorgang ist beendet, wenn der Ausgang der Addier-Subtrahier-Einheit
36 wieder auf Null reduziert ist. In diesem Fall ist der Bezugsdiskriminatorausgang
des Wendepunktgenerabrs 38 gegeben durch ((so - L0 )a23 Im Fall des Geschwindigkeitssteuermusters
von Fig. 2 für das Zerschneiden der Materialbahn in längere Abschnitte gilt die
Beziehung LR < Lo. Der Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizient nach Gleichung
12 nimmt also einen negativen Wert an. Die Funktion wird demnach gerade umgekehrt
zu dem oben für Fig. 1 erklärten Vorgang erzeugt. Es wird also im Ansprechen auf
die Rückstellung durch einen Rückstellimpuls P2, der die Vollendung eines Schneidzyklus
anzeigt, eine Verzögerungsfunktion errechnet und beim Wendepunkt mit der Errechnung
einer Beschleunigungsfunktion begonnen. Das Erzeugen der Funktion wird gestoppt,
wenn die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit gleich der Materialbahngeschwindigkeit ist.
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Im Falle eines Geschwindigkeitssteuermusters nach Fig. 3 für das
Zerschneiden der Materialbahn in Abschnitte noch größerer Abschnittslänge, die durch
(Lo) 2 (LR - LS)] gegeben sind, kann der gewünschte Schneidvorgang durch das Erzeugen
einer solchen Funktion nicht erzielt werden. Es wird als Ergebnis der gewünschte
Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizient a3 aus der Gleichung 12 auf der Basis von
(Lo = 2 (LR LS)] berechnet. Der sich ergebende Wert wird im Einsteller 13 des Koeffizientgenerators
8 von Fig. 4 voreingestellt, wodurch der Umschalter S1 so betätigt wird, daß er
diesen Wert an den Nmktionsgenerator 14 legt. Wird dieser Koeffizient a3 benützt,
so wird der Funktionsausgang auf Null induziert im Punkt, in dem ((Lh - LS)/2) oder
der Zeitpunkt t1 erreicht ist. Das Erzeugen der Funktion wird folglich gestoppt
und damit auch der Betrieb des Schneidwerkzeugs. Das gilt für den Zeitraum, der
einer Materialbahnvorschubstrecke (Lo - 2 (Ld - LS)] entspricht, die durch den Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 nicht ausgeglichen werden kann.
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Nach Ablauf der Zeit entsprechend (Lo - 2 (LH - LS)] bzw. zum Zeitpunkt
t11 wird der Funktionsausgang wieder aufgenommen und zwar in Übereinstimmung mit
dem Koeffizient a3. Die Stopp-Betriebsweise kann nah dadurch vervollkommnet werden,
daß man den Funktionsgenerator daran hindert, auf einlaufende Haterialbalmgeschwindigkeitsimpulse
P1 anzusprechen oder das Anlegen der Impulse P1 an den Funktionsgenerator unterbindet,
bis die für das Zurücklegen der Materialbahnvorschubstrecke [Lo - 2 (LR - LS erforderliche
Zeit aufgebracht ist. In anderen Worten: bringt man das Stoppintervall des Funktionsgenerators
nach dem Funkt [(Lo - LS)/2] in Übereinstimmung mit [Lo - 2 (LR - LS)] so ist es
möglich, die gewünschte Funktion für das Verteilen der Materialbahn durch Schneiden
in gewünschte Abschnittslängen
zu erhalten, wobei die Funktion
(Lo 2 ( - so>) berücksichtigt ist.
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Fig. 7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Funktionsgenerators,
der hier zusätzlich eine Funktionsstoppsteuerung 40 enthält: Wird der Funktionsausgang
in Fig. 3 zum Zeitpunkt tl auf Null reduziert, so wird der Zählbetrieb des Aufwärts-Abwärts-Zählers
31 während eines Zeitraums gestoppt, in dem die Materialbahn eine Materialbahnvorschubstrecke
[Lo 2 (LR - LS)] zurücklegt. Die Funktionsstoppsteusrung 40 ist mit dem Komparator
34 über einen Umschalter S2 auf die der Figur gezeigte Weise verbunden. Der Umschalter
S2 ist mit dem Umschalter S1 betätigungsmäßig gekoppelt, der im Koeffizientgenerator
8 nach Fig. 4 vorgesehen ist. Wird nun der Umschalter S2 in die in der Figur gezeigte
Stellung gebracht, so wird der Funktionsausgang entsprechend dem Geschwindigkeitssteuermuster
von Fig. 3 erzeugt.
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Im folgenden soll nun mit der Brläuterung von Fig. 4 forfahren werden:
Der Funktionsausgang des Funktionsgenerators 14 wird an den Digital-Analog-Umsetzer
16 gegeben, dessen ijusgangssignal wiederum an den Vervielfacher 17 gelegt und in
diesem mit der Materialbahngeschwindigkeit Vo vervielfacht wird, die vom Frequenz-Spannungs-Umsetzer
15 an den Vervielfacher 17 angelegt wird. Das Multiplikationsergebnis wird im Summierpunkt
18 mit der Materialbahngeschwindigkeit addiert, wodurch man ein Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
S1 für das Schneidwerkzeug 2 erhält.
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Die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit ergibt sich aus den Gleichungen
4, 5 und 6 in Übereinstimmung mit dem Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
a3 wie folgt:
Vo - t1 = VO + a5V02t Vt1 - t2 = Vo + a3Vo²t1 - a3Vo²
(t - t1) (14) Vt2 - t3 = Vo Begrenzt man die Betriebsbeschreibung auf den Zeitraum
zwischen Null und t1 in Fig. 1, was sich aus Gründen der Linfachheit empfiehlt,
so wird der zweite 'l'erm aufgrund der Tatsache, das die Materialbahnvorschubstreoke
10 = Vo . (15) t die Gleichung 13 zu Vo - t = Vo + a3loVo (16) Der zweite Term a
@3@o auf der rechten Seite der Gleichung 16 entspricht dem Funktionsausgang des
Funktionsgenerators 14.
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In anderen Worten: Der Punktionsausgang a310 ist das Ergebnis einer
Addition des Beschleunigungsfferzögerungs-Koeffizienten a3 für jedes Auftreten der
Impulse P1, die den Vorschub der Materialbahn anzeigen. Da jeder der Materialbahngeschwindigkeitsimpulse
P1 vom Materialbahngeschwindigkeits-Impulsgenerator 5 einem Materialbahnvorschub
von 1 mm oder 0,1 mm entspricht, ist die Ma ter ialbahnvor schubs trecke 10 umsohreibbar
inform des Zählergebnisses N der Materialbahngeschwindigkeitsimpulse Pl. Der sich
folglich durch Unterwerfen des Funktionsausgangs a5N des Funktionsgenerators 14
unter eine Digital-Analog-Umsetzung im Digital-Analog-Umsetzer 16 ergebende Wert
entspricht somit dem Wert von also Dieses a31@ wird an den Vervielfacher 17 gelegt
und in diesem mit der Matenalbahngeschwindigkeit Vo multipliziert, die durch Umsetzen
der Frequenz der haterialbahngeschwindigkeitsimpulse Pl in eine entsprechende Spannung
dargestellt wird.
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Der sich ergebende Wert a310VO wird mit der Materialbahngeschwindigkeit
VO im Summierpunkt 18 kombiniert, wodurch ein Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
E1 für das Zeitintervall o - t1 entsprechend Gleichung 16 erzeugt wird. Das Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
Ei wird als Geschwindigkeiteinstellwert an ein Geschwindigkeitssteuerorgan 26 einer
Ward-Leonard-Thyristoreinheit 25 gelegt und zwar über den Summierpunkt 21. Auf diese
Weise ergibt sich eine solche Steuerung des Antriebsgleichstrommotors 3, daß dieser
beschleunigt wird.
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Daraus ist ersichtlich, daß nur das Rechnen im Ansprechen auf die
Materialbahngeschwindigkeitsimpulse P1 notwendig ist, obzwar diese Berechnung Veränderungen
in Abhängigkeit von der jeweiligen Materialbahnvorschubstrecke unterliegt.
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Auf gleiche Weise wird das Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
S1 nach Gleichung 14 für den Zeitraum zwischen t1 - t2 berechnet und der Ausgang
des Funktionsgenerators 14 für das Zeitintervall t2 - t3 gestoppt. Als Folge hiervon
ist der Ausgang des Vervielfachers 17 auf Null reduziert, so daß über den Summierpunkt
18 lediglich die Materialbahngeschwindigkeit VO als Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
E1 weitergegeben wird.
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Im Falle der Geschwindigkeitssteuermuster nach den Fig.
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2und 3 wird das gewünschte Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal E1
entsprechend dem Funktionsausgang des Funktionsgenerators 14 errechnet.
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Als nächstes wird das Anlegen des Nachführzählersif;naIs E2 an den
Summierpunkt 21 beschrieben:
Die Berechnung des Nachführzählers
wird durch den Fehler; rechner 19 in Abhängigkeit vom Funktionsausgang des Funktion
generators 14 und des Impulsausgangs P3 des Impulsgenerators 6 durchgeführt, der
die Drehstellungsinformation bezüglich des Schneidwerkzeugs 2 liefert.
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Die Beziehung zwischen dem Momentanwert der Materialbahnvorschubstrecke
#1o und der Schneidwerkzeugvorsohub strecke Z t, wie sie sich durch differenzieren
von Gleichung 10 mit At für die Schneidwerkzeuggeschwindigkeit V im Zeitintervall
o - t1 ergibt, ist folgende:
Die Schneidwerkzeugdrohvorschubstrecke #1R kann somit ausgedrückt durch die katerialbahngesohwindigkeitsimpulse
P1 erhalten werden, da diese wiederum für #1o repräsentativ sind.
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Die Schneidwerkzeugdrehvorschubstrecke 1 entsprechend der blaterialbahnvorschubstrecke
lo erhalt man sodann durch Integrieren über Um die Sohneidwerkzeugdrehvorsohubstreoke
1R entsprechend der Materialbahnvorschubstrecke zu erhalten, ermittelt der Fehler
rechner 1C3 die chneidwerkzeugdrehvorschubstrecke 1R als Drehstellung durch einen
Integriervorgang, bei dem der Funktionsausgang a310 des Funktionsgenerators 14 für
jeden Materialbahngeschwindigkeitsimpuls P1 mit eben diesem Materialbahngescwindigkeitsimpuls
P1 kombiniert wird.
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Die sich ergebende Summe wird für jeden Materialbahngeschwindigkeitsimpuls
P1 aufaddiert.
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Der Fehlerrechner 19 empfängt auch den Impulsausgang P3 des Impulsgenerators
6, der den tatsächlichen Drehzustand des Schneidwerkzeuges 2 mißt. Folglich subtrahiert
der Fehlerrechner 19 die tatsächlich gemessene Schneidwerkzeugdrehvorschubstrecke
von dem errechneten Wert 1R für die Schneide werkzeugdrehvorschubstrecke, der als
integrierter Wert erhalten wurde, wodurch letztlich ein Schneidwerkzeugnachführzähler
ermittelt wird.
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Dieser vom Fehlerrechner 19 ermittelte Nachführfehler wird vom Digital-Analog-Umsetzer
20 in ein Spannungssignal, nämlich das Nachführfehlersignal E2 umgesetzt, das wiederum
zum Summierpunkt 21 rückgespeist wird. Dadurch ergibt sich eine Nachführfehlersteuerung,
die ständig den Inhalt des Fehlerrechners 19 auf Null reduziert. Durch diese Nachführfehler
steuerung wird das Schneidwerkzeug auf eine Weise nachgeführt, das eine Nachführung
entsprechend dem vom Fehlerrechner 19 erzeugten integrierten Wert durchgeführt wird,
wodurch die gewünschte Schnittstelle in der Materialbahn mit hoher Genauigkeit angesteuert
wird.
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Ebenfalls auf den Summierpunkt 21 rückgekoppelt wird ein Drehgeschwindigkeitssignal
S4, das durch den Tachometergenerator 7 erzeugt wird. Dieses entspricht dem Schneidwerkzeuggeschwindigkeitssignal
Ei, das vom Summierpunkt 18 her zugeführt wird.
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Als nächstes soll die Berechnung des Beschleunigungssignals S3 beschrieben
werden, das an den Summierpunkt 27 der Ward-Leonard-Thyristor-Sinheit 25 angelegt
wird. Der Grund für die Berechnung des Beschleunigungssignals 3 besteht darin, daß
ein Spannungssignal erzeugt werden soll, das dem Strom entspricht, der das erforderliche
Antriebsdrenmoment
n den Anrieosgleichstrommotor 3 gibt, um die
Drehgeschwindigkeit des Schmeldwerlzeugs zu erhöhen oder zu Verrineril.
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durch Durch Differenzieren der Gleichung 16 gegebenen Schneidwe@@@@@@@eschwindig@@eit
für den @eitraum von o - t1 nach der @eit e@ngibt sich für das Zeitintervall von
O - t1 dVo - t1 / @t = a3vo² (17) @n anderen @orten: die beschleunigung wird durch
Multiplizieren des @eschleunigungs/Verzögerungs-@ooffizienten a3 mit dem @uadrat
der Materialbahngeschwindigkeit Vo erhalten.
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Diese Berechnug der Beschleunigung wird durch den Digital-Analog-Umsetzer
@@ und die Vervielfacher 23 und 24 erreicht.
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In anderen @orten: das Beschleunigungssignal e3 vom Betrg a3Vo² wird
d a d u r c h erreicht, daß man den Beschleunigungs/Verzöerungs-Koeffizienten a3
einer Digitalanalogumsetzung im Digitalanalogumsetzer 22 unterwirft, im Vervielfacher
23 eine Quadratur der Materialbahngeschwindigkeit vornimmt, die vom Freüuens-Spannungs-Umsetzer
15 erhalten wird, und dann den digital-analog-umgesetzten Wert a5 mit dem Ausgangssignal
V02 des Vervielfachers 23 in Vervielfacher 24 multipliziert.
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Das Beschleunigungssignal 2E3 nimmt während des Zeitintervalls tl
- t2 den Wert -a3Vo² an und wird schließlich während des Zeitintervalls t2 - t3
auf Null eduziert.
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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß ein Funktionsausgang
entsprechend für den Haterialbahnvorschub repräsentativen Materialbahngeschwindigkeitsimpulsen
in Übereinstimmung mit einem Beschleunigungs/Verzögerungs-Koeffizienten
erzeugt
wird. zur diese Weise sorgt man für die Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Schneidwerkzeuges
nach einem vorbestimmten Geschwindigkeitssteuremuster. Die Steuerung erfolgt dabei
in Abhängigkeit der Beziehung zwischen einer @aterialbahn-Abschnittslänge 1o und
der der 1totorschneideinrichtung eigenen Umfangslänge 1, des Schneidwerkzeuges in
Abhängigkeit von der Berechnug von drei Steuerfunktionen: Der erforderlichen otordrehgeschwindi0.teit
des Schneidwerkzeuges, dem Nachführfehler und der Beschleunigung. Diese werden aus
dem Funktionsausgang berechnet. Die Rotorschneideinrichtung ist daher in die lage
versetzt, in einen kontinuierlichen automatischen Schneidvorgang eine Materialbahn
in Abschnitte gewüschter Abschnittslänge mit größter Genauigkeit aufzuteilen und
dabei die eingangs herausgearbeiteten Nachteile zu vermeiden.