DE3421556C2

DE3421556C2 - Anordnung zum schwingungsarmen Transport einer elastischen, unter Zugspannung stehenden Stoffbahn

Info

Publication number: DE3421556C2
Application number: DE19843421556
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Ahrens; Kurt Dipl Ing Hertlein
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-06-06
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2004-06-07
Also published as: DE3421556A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1.

Eine solche Anordnung ist durch die DE-Z.: Regelungstechnik und Prozeß-Datenverarbeitung, 1973, Seiten 69-77, 125-129 und 157-162 bekannt.

Bei einer Vielzahl von Herstellungs-, Bearbeitungs- und Behandlungsprozessen, beispielsweise bei der Papierer zeugung, bei der Verzinnung und bei der Wärmebehandlung von Stahlband, wird eine bandförmige Stoffbahn mittels einer Anzahl von kraftschlüssig mit ihr gekoppelten Rol len transportiert. Diese werden teils motorisch getrie ben, teils laufen sie ohne Antrieb mit. Aus Gründen des einwandfreien Transports oder der gezielten Veränderung bestimmter Zustandsgrößen, wie z. B. des Kristallgefüges eines Stahlbands, steht die Stoffbahn unter bestimmten Zugspannungen. Dies ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die Zugspannung wird auch als Bandzug F bezeichnet, v ist die Transportgeschwindigkeit.

Die gesamte Transporteinrichtung bildet ein schwingungs fähiges Federn-Massen-System mit geringer Dämpfung, da die Transportrollen (mit den teilweise, evtl. über Ge triebe angekuppelten Antriebsmotoren) ein nicht zu ver nachlässigendes Massen-Trägheitsmoment haben, die Stoff bahn zwischen den Transportrollen sich unter dem Einfluß von Zugspannungen elastisch verformt und nur geringe energieabsorbierende Wirkungen vorhanden sind.

Durch die eingangs genannte DE-Z. ist es bereits bekannt, energieabsorbierende Einrichtun gen einzubauen, doch ist es nachteilig, daß dabei in der Transporteinrichtung ein zusätzlicher Energieverbrauch entsteht.

Eine ebenfalls mit einer Verluste verursachenden Dämpfung arbeitende Anordnung ist in der DE-Z.: Siemens Forschung- und Entwicklungsbericht Bd. 4, 1975, Nr. 6, Nr. 6, S. 359-367 angegeben.

Das dynamische Verhalten eines Federn-Massen-Systems wird durch die einzelnen Massenträgheitsmomente und die einzelnen Federkonstanten, sowie durch die Anzahl der Federn und Massen bestimmt; kennzeichnend für das Verhal ten des Systems sind unter anderem die sogenannten Eigen frequenzen.

Betrachtet man zunächst das dynamische Verhalten einer Anordnung, die nur aus einer Transportrolle und dem zur nächsten Rolle reichenden Teil der Stoffbahn, bzw. nur aus einer Drehmasse und einer Feder, nämlich dem ela stisch verformbaren Band besteht (Fig. 2), so ergibt sich für die Eigenfrequenz dieser Anordnung die Beziehung:

Hierin bedeuten:
ω = Eigenfrequenz in s^-1
C_F = (Dreh-) Federkonstante in N·m
J = Massen-Trägheitsmoment in kg·m².

Das Gesamtsystem kann als eine Aneinanderreihung solcher Einzelanordnungen betrachtet werden; Fig. 3 enthält bei spielsweise das Signalflußbild eines aus sechs Federn und fünf Drehmassen bestehenden Systems.

Haben die einzelnen Teilanordnungen entsprechend Fig. 2, bedingt durch unterschiedliche Massen-Trägheitsmomente und Federkonstanten, unterschiedliche Eigenfrequenzen, so ergeben sich beim Auftreten einer Störung sehr kom plexe Zeitverläufe von Zugspannungen und Rollendrehzahlen. Es stellt sich heraus, daß - örtlich gesehen - im System hin- und herlaufende und an den Koppelstellen der Teilan ordnungen teilweise reflektierte Schwingungen bzw. Wellen entstehen. Dieses Verhalten wirkt sich ungünstig auf den Herstellungs- bzw. Bearbeitungsprozeß aus, da die not wendige Konstanz der Zustandsgrößen entsprechend gestört ist; eventuell vorgesehene Bandzugregelungen, die die Konstanz der Zustandsgrößen sicherstellen sollen, sind schwer zu stabilisieren.

Eine Bandzugregelung, die eine gleiche oder proportionale Verstellung aller Rollen gemeinsam vorsieht, ist durch die DE-OS 26 13 600 bekannt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die erwähnten, durch Reflexionen verursachten, hin- und her laufenden Wellen zu vermeiden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Reflexionen an den Koppelstellen der Teilanordnungen ergeben sich dann nicht mehr.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach Anspruch 1 sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre findet in drei Bereichen statt:

Unterschiede in den Massen-Trägheitsmomenten und in den Federkonstanten können in der Konstruktion der Transport einrichtung begründet sein. Daher sollte, soweit möglich, die erfindungsgemäße Lehre bereits bei der Projektierung der Transporteinrichtung angewendet werden.

Wenn technische Randbedingungen entgegenstehen oder die Konstruktion der Transporteinrichtung nicht mehr beein flußbar ist, läßt sich eine Reihe von Maßnahmen, beispiels weise das Anbringen von zusätzlichen Schwungmassen durch führen, um die erfindungsgemäßen Verhältnisse zu erreichen.

Veränderungen in den Massen-Trägheitsmomenten und den Federkonstanten können auch durch die eventuell wechseln den Zustandsgrößen des Transportsystems bedingt sein.

Änderungen der Temperatur oder des Querschnitts der Trans portbahn können beispielsweise die Federkonstanten ver ändern. Nach der Erfindung werden über physikalisch mög liche Eingriffe geeignete Zustandsgrößen des Systems be einflußt.

So kann beispielsweise durch das Verstellen der Über setzung eines Getriebes, über das eine Zusatz-Schwung masse an eine Transportrolle angekuppelt ist, das effek tive Massen-Trägheitsmoment der Transportrollen verän dert werden.

Ebenso kann das Verhältnis von Massen-Trägheitsmoment der Rollen und Federkonstanten der elastischen Stoffbahn durch Veränderung des Rollenabstands konstant gehalten werden.

Oder es kann das Verhältnis von Trägheitsmoment der Rollen und der Federkonstanten der elastischen Stoffbahn durch Veränderung des Massen-Trägheitsmoments der Rollen kon stant gehalten werden.

Beispielsweise kann die Veränderung des Massen-Trägheits moments der Rollen durch Ausbildung der Rolle als Hohl körper und Einfüllen bzw. Ablassen eines geeigneten Mediums in die bzw. aus der Rolle erreicht werden.

Ferner kann die Veränderung des Massen-Trägheitsmoments der Rollen durch Zu- und Abkuppeln von Zusatzmassen er reicht werden.

Die Veränderung des Massen-Trägheitsmoments der angetrie benen Rollen kann auch durch eine drehmomentenabhängige Beeinflussung des Ankerstroms des Rollenantriebs erreicht werden.

Die Veränderung des Massen-Trägheitsmoments der angetrie benen Rollen kann ferner durch eine von der zeitlichen Änderung der Drehzahl abhängige Beeinflussung des Anker stroms des Rollenantriebs erreicht werden.

Die letztgenannten Maßnahmen erlauben es auch, die scheinbaren Massen-Trägheitsmomente der Transportrollen zu verkleinern.

An der Eintritts- und Austrittsseite der Transportbahn müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, da gerade an diesen Stellen das gewünschte Verhältnis von Massen- Trägheitsmoment und Federkonstante nicht besteht. Wird beispielsweise der Bandzug F₁ in Fig. 1 über eine Band zugregelung, die in nicht näher bezeichneter Weise auf eine Transportrolle J_o wirkt, konstant gehalten, so ergibt sich für die Transportrolle J_o ein scheinbares Massen- Trägheitsmoment mit dem Wert Null.

Im Sinne der Aufgabenstellung, Reflexionen bzw. hin- und herlaufende Wellen in der Transporteinrichtung zu vermei den, erweist es sich an den eintritts- und austrittssei tigen Transportrollen als vorteilhaft, die Drehzahlen der Transportrollen proportional zu den an sie angreifen den Bandzügen zu verstellen nach der Beziehung

Hierin bedeuten:
n_N = Bezugsgröße der Rollendrehzahl in s^-1
Δn = Änderung der Rollendrehzahl in s^-1
F_N = Bezugsgröße der Zugspannung in N
ΔF = Änderung der Zugspannung in N
K = Proportionalitätsfaktor, der von den Eigen schaften der Transporteinrichtung und der Stoffbahn abhängt.

Für den Proportionalitätsfaktor gilt folgende Abhängig keit von den Eigenschaften der Transporteinrichtung und der Stoffbahn:

E = Elastizitätsmodul der transportierten Stoffbahn
A = Querschnitt der transportierten Stoffbahn
J = Massen-Trägheitsmoment einer Transportrolle einschließlich Antrieb
L = Länge der transportierten Stoffbahn zwischen den Transportrollen.

Die vorgesehene Änderung der Drehzahlen wird vorteilhaft über an sich bekannte drehzahlgeregelte Antriebe vorge nommen.

Claims

1. Anordnung zum schwingungsarmen Transport einer elastischen, unter Zugspannung stehenden Stoffbahn, deren Federkonstante sich längs des Transportweges und/oder bei Stoffbahnwechsel gegenüber einem Ausgangszustand ändert, über eine Reihe von angetriebenen bzw. nicht angetriebenen Rollen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Verhältnis zwischen dem Massenträgheitsmoment einer Rolle und der Federkonstanten des bis zur nächsten Rolle reichenden Teilstücks der elastischen Stoffbahn entsprechend dem Ausgangszustand durch Veränderung der einzelnen Rollenabstände oder durch Veränderung der einzelnen Massenträgheitsmomente der Rollen konstant gehalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Veränderung des Massenträgheitsmoments jeder Rolle durch Einfüllen bzw. Ablassen eines geeigneten Mediums in die bzw. aus der als Hohlkörper ausgebildete Rolle erreicht wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Massenträgheitsmoments der Rollen durch Zu- bzw. Abkuppeln von Zusatzmassen erreicht wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse über ein Stellgetriebe angekuppelt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Massenträgheitsmoments der angetriebenen Rollen jeweils durch eine drehmomenten-abhängige Beeinflussung des Ankerstroms des Rollenantriebs erreicht wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Massenträgheitsmoments der angetriebenen Rollen durch eine von der zeitlichen Änderung der Drehzahl abhängige Beeinflussung des Ankerstroms des Rollenantriebs erreicht wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und Ende der Anordnung über kraftschlüssig mit der Stoffbahn laufende, angetriebene Rollen ein vorgegebener Zusammenhang zwischen dem Bandzug und der Ein- bzw. der Austrittsgeschwindigkeit hergestellt wird.