DE3905401A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR ACCELERATING A REPLACEMENT REEL - Google Patents
METHOD AND ARRANGEMENT FOR ACCELERATING A REPLACEMENT REELInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Beschleunigen einer Ersatz-Wickelrolle in Abwickeleinrichtungen für bahnförmiges Gut bei bahnenverarbeitenden Maschinen, insbesondere Rollenrotationsdruckmaschinen.The invention relates to a method and an arrangement for Accelerate a replacement winding roll in unwinders for web-shaped goods for web processors Machines, in particular web-fed rotary printing machines.
In Abwickeleinrichtungen mit automatischem Rollenwechsel wird zur Festlegung von Einsatzpunkten von Rollenwechselschritten u. a. die erforderliche Zeit für die Beschleunigung der Ersatz-Wickelrolle von Null auf Bahngeschwindigkeit benötigt. Diese Zeit wird bei einer bekannten Steueranordnung (DE-PS 26 19 236) fest vorgegeben. Aus den nachfolgend genannten Gründen sollte jedoch die erforderliche Beschleunigungszeit möglichst genau vorliegen. Bei einer zu groß bemessenen Beschleunigungszeit führt die auf die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine beschleunigte Ersatz-Wickelrolle bis zum Ablauf dieser Zeit zusätzliche weitere Drehungen aus. Dies erhöht die Gefahr, daß sich die für die Klebung vorbereitete Klebespitze von der Wickelrolle löst und eine Fehlklebung erfolgt oder der Rollenwechselvorgang abgebrochen und die Anklebung von Hand ausgeführt werden muß. Ist dagegen die tatsächlich benötigte Beschleunigungszeit größer als die vorgesehene, so wird der sich an das Beschleunigen anschließende Klebevorgang verspätet eingeleitet, was zur Folge haben kann, daß der Rollenrest der sich abwickelnden alten Wickelrolle vor Ausführung der Anklebung aufgebraucht ist und die automatische Anklebung mißlingt. In allen Fällen ergeben sich Maschinenstillstände und Makulatur.In unwinders with automatic reel changes is used to determine the operating points of Role change steps u. a. the time required for the acceleration of the replacement winding roll from zero to Path speed required. This time is at one known control arrangement (DE-PS 26 19 236) fixed given. For the reasons given below however, the required acceleration time if possible present exactly. If the size is too large Acceleration time leads to the web speed the printing machine accelerated up to additional turns at the end of this time out. This increases the risk that the for Glue prepared adhesive tip from the winding roll loosens and there is a wrong glue or the Roll change process canceled and the gluing of Hand must be executed. But it is actually required acceleration time greater than the intended, so will the one following the acceleration Gluing process initiated late, which can result can that the remainder of the unwinding old Wrapping roll used up before applying the adhesive and the automatic gluing fails. In all There are machine downtimes and waste.
Vorteilhaft ist an Abwickeleinrichtungen auch die Kenntnis des Massenträgheitsmomentes der Ersatz-Wickelrolle. Gemäß der EP-Anmeldung 18 555 wird dieses aus der gemessenen Zeit für die Beschleunigung der Ersatz-Wickelrolle auf Bahngeschwindigkeit errechnet. Dabei ist nachteilig, daß das Trägheitsmoment zur Erzielung eines geregelten Bremsmomentes der Ersatz-Wickelrolle im Falle einer Stopbremsung während des Beschleunigungsvorganges noch nicht zur Verfügung steht. So wird bei der Stopbremsung einer kleinen Wickelrolle mit einem unnötig großen Bremsmoment bei Anordnungen mit Gurtantrieb die Klebespitze und bei Anordnungen mit Zentrumantrieb die Hülse am Konus stark belastet. Im ersteren Fall droht die Verschiebung der Klebespitze und in deren Folge eine Fehlklebung. Der zweite Fall kann durch Beschädigung der Wickelhülse einen Weiterdruck mit verminderter Bahngeschwindigkeit erfordern oder sogar zur Aussonderung dieser Rolle mit einhergehender Druckunterbrechung führen. Nachteilig ist weiterhin, daß die Beschleunigung der Ersatz-Wickelrollen mit konstantem Drehmoment erfolgt. Bei einer kleinen Ersatz-Wickelrolle wird dadurch die Klebespitze stark belastet, was zu deren Abheben mit den bereits genannten Folgen führen kann.The unwinding device is also advantageous Knowledge of the moment of inertia of the replacement winding roll. According to EP application 18 555, this is from the measured time for the acceleration of the Replacement winding roll calculated on web speed. It is disadvantageous that the moment of inertia Achieving a regulated braking torque of the replacement winding roll in the event of stop braking during the Acceleration process not yet available stands. So the stop braking becomes a small one Winding roll with an unnecessarily large braking torque Arrangements with belt drive the adhesive tip and at Arrangements with central drive the sleeve on the cone strong charged. In the former case there is a risk that the Adhesive tip and, as a result, incorrect gluing The second case can be caused by damage to the winding tube a further printing with reduced web speed require or even to discard this role with associated printing interruption. Disadvantageous is also that the acceleration of the replacement winding rolls with constant torque. At a small replacement winding roll becomes the Adhesive tip heavily loaded, causing it to lift off can lead to the consequences already mentioned.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die Fehlklebungen vermeiden und so den Anfall von Makulatur und Maschinenstillstandszeiten senken. The aim of the invention is a method and a method To create arrangement, avoid missticking and thus the accumulation of waste and machine downtimes reduce.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschleunigen einer Ersatz-Wickelrolle in Abwickeleinrichtungen für bahnförmiges Gut, bei dem das Beschleunigen antriebsgeregelt erfolgt, zu schaffen, das die rechtzeitige Ermittlung der Beschleunigungszeit der Ersatz-Wickelrolle sowie deren Massenträgheitsmomentes gewährleistet und die Klebespitze schont. Außerdem ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu erstellen.The invention has for its object a method for accelerating a replacement winding roll in unwinding devices for web-shaped goods where the Accelerated drive is done to create that the timely determination of the acceleration time of the Replacement winding roll and its moment of inertia guaranteed and protects the adhesive tip. Besides, is an order to carry out the method create.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Antrieb mit wählbarer, konstant gehaltener Tangentialbeschleunigung erfolgt.According to the invention the object is achieved in that the Drive with selectable, constant tangential acceleration he follows.
Dadurch ist es möglich, die erforderliche Beschleunigungszeit der Ersatz-Wickelrolle zu beliebigem Zeitpunkt zur vorhandenen Bahngeschwindigkeit der Verarbeitungsmaschine nach sehr einfacher mathematischer Beziehung exakt zu berechnen. Die somit rechtzeitig ermittelte Beschleunigungszeit gestattet es, den Beschleunigungsbeginn der Ersatz-Wickelrolle optimal festzulegen, so daß verhindert wird, daß die beschleunigte Rolle bis zur Klebung unnötige Drehungen ausführt oder die Rolle zu spät die Bahngeschwindigkeit erreicht und die alte Rolle vor Ausführung der Klebung aufgebraucht ist. Es werden dadurch Fehlklebungen mit Makulaturanfall und Maschinenstillstandszeiten vermieden.This enables the required acceleration time the replacement winding roll at any time existing web speed of the processing machine according to a very simple mathematical relationship to calculate. The thus determined in time Acceleration time allows the start of acceleration the replacement winding roll to determine optimally, so that prevents will that the accelerated roll to glue unnecessary Turns or the roll late the web speed reached and the old role before executing the Adhesion is used up. This will result in incorrect sticking with waste and machine downtimes avoided.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiterhin, zu Beginn des Beschleunigungsvorganges das Massenträgheitsmoment der Ersatz-Wickelrolle zu bestimen. Damit ist im Falle einer Stopbremsung während des Hochlaufes das Bremsmoment in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment dosierbar. Bei einer kleinen Wickelrolle wird dabei bei Umfangsantrieb die Klebespitze und bei Zentrumantrieb die Wickelhülse geschont und das Risiko zu Fehlklebungen, Maschinenstillstandzeiten, verminderter Druckgeschwindigkeit oder Rollenaussonderung gesenkt. Aus dem Massenträgheitsmoment ist auch einfach die Rollenmasse ermittelbar und steht z. B. zur Prozeßdatenerfassung der Verarbeitungsmaschine zur Verfügung. Schließlich bringt das Beschleunigen aller Ersatz-Wickelrollen mit gleicher Tangentialbeschleunigung den Vorteil, daß auch bei kleinen Wickelrollen die Klebespitze keiner erhöhten Trägheitskraft und damit der Gefahr des Abhebens ausgesetzt wird.The method according to the invention also makes it possible to The moment of inertia begins to accelerate to determine the replacement winding roll. With that is in In the event of stop braking during start-up Braking torque depending on the moment of inertia meterable. With a small winding roll, Circumferential drive the adhesive tip and with central drive the Protected winding sleeve and the risk of incorrect sticking, Machine downtimes, reduced printing speed or role selection lowered. From the Mass moment of inertia is also simply the roll mass determinable and stands z. B. for process data acquisition of the processing machine. In the end brings the acceleration of all replacement winding rolls with the same tangential acceleration the advantage that even with small winding rolls, the adhesive tip is none increased inertia and thus the risk of Take off is suspended.
Das vorgeschlagene Verfahren ist vorteilhaft bei einer Anordnung mit einem geregelten Antrieb für die Ersatz-Wickelrolle mit der Reihenschaltung eines Meßwertgebers für die Umfangsgeschwindigkeit der Ersatz-Wickelrolle, einer Regeleinrichtung und eines Drehzahlstellers, der mit dem Stellglied des Antriebes in Verbindung steht, sowie mit einer Rechen- und Speichereinheit, die von Meßwertgebern für die Umfangsgeschwindigkeit und Drehzahl der Ersatz-Wickelrolle sowie einem Meßwertgeber für die Bahngeschwindigkeit gespeist wird, realisierbar, wenn erfindungsgemäß am Sollwerteingang der Regeleinrichtung unter Zwischenschaltung eines Sollwertintegrators ein Sollwertgeber angeschlossen ist und ein Stromwandler im Strompfad des Stellgliedes des Antriebes und der Sollwertgeber auf die Rechen- und Speichereinheit geschaltet sind.The proposed method is advantageous for a Arrangement with a regulated drive for the replacement winding roll with the series connection of a sensor for the peripheral speed of the replacement winding roll, a control device and a speed controller, the is connected to the actuator of the drive, and with an arithmetic and storage unit by Transducers for peripheral speed and Speed of the replacement winding roll and a sensor is fed for the web speed, realizable, if according to the invention at the setpoint input of the control device with the interposition of a setpoint integrator Setpoint generator is connected and a current transformer in the Current path of the actuator of the drive and the setpoint device are connected to the computing and storage unit.
Der Sollwertintegrator ist vorteilhaft in der Rechen- und Speichereinheit realisierbar, wenn er erfindungsgemäß als Spannungs-Frequenz-Wandler und diesem nachgeschalteter Zähler ausgeführt ist.The setpoint integrator is advantageous in computing and Storage unit realizable if it according to the invention as Voltage-frequency converter and this downstream Counter is executed.
Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:The invention is intended to be based on a few exemplary embodiments are explained in more detail. In the associated Drawings shows:
Fig. 1: das Blockschaltbild einer Anordnung zum Beschleunigen einer Ersatz-Wickelrolle mit Gurtantrieb; Fig. 1: the block diagram of an arrangement for accelerating a replacement winding reel with belt drive;
Fig. 2: das Blockschaltbild einer Anordnung zum Beschleunigen einer Ersatz-Wickelrolle mit Zentrumantrieb; FIG. 2 is a block diagram of an arrangement for accelerating a replacement winding reel with a center drive;
Fig. 3: das Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung U am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 19 bzw. 46 von Fig. 1 und 2. FIG. 3 shows the diagram of the time profile of the voltage U at the output of the digital-to-analog converter 19 and 46 of Fig. 1 and 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Beschleunigungsanordnung enthält einen zweiarmigen Rollenständer 1, der die alte Wickelrolle 2 und die Ersatz-Wickelrolle 3 trägt. Von der alten Wickelrolle 2 wird die Materialbahn 4 abgewickelt und der Verarbeitungsmaschine, beispielsweise einer Druckmaschine, zugeführt. Die Bahn treibt dabei eine Bahnleitwalze 5 mit einem Bahnimpulsgeber 6 an, der an eine Rechen- und Speichereinheit 7 angeschlossen ist. Jeder Arm des Rollenständers 1 trägt einen Umdrehungsimpulsgeber 8; 9, der pro Umdrehung einen Impuls abgibt. Mittels einer Umschalteinrichtung 10 wird jeweils der zur Ersatz-Wickelrolle gehörige Umdrehungsimpulsgeber, in der Zeichnung also der Umdrehungsimpulsgeber 8, mit der Rechen- und Speichereinheit 7 verbunden. An der Ersatz-Wickelrolle 3 liegt ein Antriebsgurt 11 an, der mit einem Gleichstrommotor 12 in Antriebsverbindung steht. Mit letzterem sind weiterhin ein Tachogenerator 13 und ein Umfangsimpulsgeber 14 gekuppelt. Während der Umfangsimpulsgeber 14 auf die Rechen- und Speichereinheit 7 geschaltet ist, ist der Tachogenerator 13 mit dem Istwerteingang einer Regeleinrichtung 15 verbunden. An ihrem Sollwerteingang ist ein Potentiometer 16 angeschlossen, wobei in Reihe ein Spannungs-Frequenz-Wandler 17, ein Zähler 18 und ein Digital-Analog-Wandler 19 zwischengeschaltet sind. Das Potentiometer 16 steht weiterhin mit der Rechen- und Speichereinheit 7 in Verbindung. Der Regeleinrichtung 15 ist ein Drehzahlsteller 20 nachgeschaltet, dessen Ausgang auf den Gleichstrommotor 12 als Stellglied geführt ist. Im Ankerstromkreis des Gleichstrommotors 12 liegt ein Stromwandler 21, der unter Zwischenschaltung eines Strom-Spannungs-Wandlers 22 auf die Rechen- und Speichereinheit 7 geschaltet ist. Weiterhin steht die Regeleinrichtung 15 mit der Rechen- und Speichereinheit 7 in Verbindung.The acceleration arrangement shown in Fig. 1 contains a two-armed reel stand 1 , which carries the old reel 2 and the replacement reel 3 . The material web 4 is unwound from the old winding roll 2 and fed to the processing machine, for example a printing machine. The web drives a web guide roller 5 with a web pulse generator 6 , which is connected to a computing and storage unit 7 . Each arm of the roll stand 1 carries a rotation pulse generator 8 ; 9 , which emits one pulse per revolution. By means of a switching device 10 , the rotation pulse generator belonging to the replacement winding roll, that is to say in the drawing the rotation pulse generator 8 , is connected to the computing and storage unit 7 . On the replacement winding roll 3 is a drive belt 11 which is in drive connection with a DC motor 12 . A tachometer generator 13 and a circumferential pulse generator 14 are also coupled to the latter. While the circumferential pulse generator 14 is connected to the computing and storage unit 7 , the tachometer generator 13 is connected to the actual value input of a control device 15 . A potentiometer 16 is connected to its setpoint input, with a voltage-frequency converter 17 , a counter 18 and a digital-analog converter 19 being connected in series. The potentiometer 16 is still connected to the computing and storage unit 7 . The control device 15 is followed by a speed controller 20 , the output of which is guided to the DC motor 12 as an actuator. In the armature circuit of the direct current motor 12 there is a current converter 21 , which is connected to the computing and storage unit 7 with the interposition of a current-voltage converter 22 . Furthermore, the control device 15 is connected to the computing and storage unit 7 .
Bei den weiteren Erklärungen haben die verwendeten Formelzeichen folgende Bedeutung:In the further explanations, the used Formula symbols have the following meaning:
a t Tangentialbeschleunigung
a tBr Tangentialverzögerung
D Durchmesser der Ersatz-Wickelrolle
f Funktion
I M Ankerstrom des Beschleunigungsmotors
J G Massenträgheitsmoment des Gurtantriebes
J K Massenträgheitsmoment der Rollenlagerung
(Konus)
J R Massenträgheitsmoment der Ersatz-Wickelrolle
J Z Massenträgheitsmoment des Zentrumantriebes
K₁ bis K₉ Konstante
M AG Antriebsmoment bei Gurtantrieb
M AZ Antriebsmoment bei Zentrumantrieb
M BrG Bremsmoment für Gurtbremsung
M BrZ Bremsmoment für Zentrumbremsung
M R Reibungsmoment der Rollenlagerung
M RG Reibungsmoment des Gurtantriebes
m Masse der Ersatz-Wickelrolle
N Weg pro Umfangsimpuls
n Drehzahl des Beschleunigungsmotors
S Bahnweg pro Bahnimpuls
T v Zeitintervall
t a Beschleunigungszeit
U Spannung
Δ U Spannungsstufe
v B Bahngeschwindigkeit
v U Umfangsgeschwindigkeit
Z B Anzahl von Bahnimpulsen
Z D Anzahl von Umdrehungsimpulsen
Z U Anzahl von Umfangsimpulsen
α Anstiegswinkel
ν Frequenz
ω Winkelgeschwindigkeit des Beschleunigungsmotors a t Tangential acceleration
a tBr tangential deceleration
D Diameter of the replacement winding roll
f function
I M armature current of the acceleration motor
J G moment of inertia of the belt drive
J K moment of inertia of the roller bearing (cone)
J R Mass moment of inertia of the replacement winding roll
J Z moment of inertia of the central drive
K ₁ to K ₉ constant
M AG drive torque with belt drive
M AZ drive torque with central drive
M BrG braking torque for belt braking
M BrZ braking torque for center braking
M R friction torque of the roller bearing
M RG Frictional torque of the belt drive
m Mass of the replacement winding roll
N path per circumferential pulse
n Speed of the acceleration motor
S path per path impulse
T v time interval
t a acceleration time
U voltage
Δ U voltage level
v B path speed
v U peripheral speed
Z B Number of path impulses
Z D Number of revolution pulses
Z U Number of circumferential pulses
α rise angle
ν frequency
ω angular velocity of the acceleration motor
Im Verlaufe eines nicht näher zu beschreibenden Rollenwechselvorganges ist die Ersatz-Wickelrolle 3 an die Materialbahn 4 der zu Ende gehenden alten Wickelrolle 2 anzukleben. Hierzu wird die Ersatz-Wickelrolle 3 mittels des Gleichstrommotors 12 in ihrer Umfangsgeschwindigkeit v U von Null auf die Materialbahngeschwindigkeit v B beschleunigt. Dies erfolgt mit konstanter Tangentialbeschleunigung a t, die vorgewählt und als Spannungswert am Potentiometer 16 eingestellt wird. Diese Spannung wird einmal der Rechen- und Speichereinheit 7 zugeleitet. Sie wird weiterhin im Spannungs-Frequenz-Wandler 17 in eine äquivalente Frequenz ν umgewandelt. Das Frequenzsignal wird dem Zähler 18 zugeführt, der auf Grund der ankommenden Impulse seinen Zählerstand erhöht. In dem dem Zähler 18 nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler 19 wird der aktuelle Zählerstand in eine äquivalente Spannung U umgesetzt. Damit entsteht am Ausgang bei kontinuierlicher Erhöhung des Zählerstandes eine entsprechend den Spannungsstufen Δ U des Digital-Analog-Wandlers 19 angenäherte Rampenfunktion, deren Anstieg durch die Zählfrequenz des Zählers 18 bestimmt wird (Fig. 3) und die Tangentialbeschleunigung a t verkörpert. Es giltIn the course of a roll changing process that cannot be described in detail, the replacement winding roll 3 is to be glued to the material web 4 of the old winding roll 2 that is coming to an end. For this purpose, the replacement winding roll 3 is accelerated by the DC motor 12 in its peripheral speed v U from zero to the material web speed v B. This takes place with constant tangential acceleration a t , which is preselected and set as a voltage value on the potentiometer 16 . This voltage is fed once to the computing and storage unit 7 . It is also converted in the voltage-frequency converter 17 into an equivalent frequency ν . The frequency signal is supplied to the counter 18 , which increases its counter reading due to the incoming pulses. The current counter reading is converted into an equivalent voltage U in the digital-to-analog converter 19 connected downstream of the counter 18 . This results in a ramp function approximating the voltage levels Δ U of the digital-to-analog converter 19 at the output with a continuous increase in the counter reading, the rise of which is determined by the counting frequency of the counter 18 ( FIG. 3) and embodies the tangential acceleration a t . It applies
bzw.respectively.
a t = Δ U · ν (2) a t = Δ U · ν (2)
Die Rampenfunktion wird als Führungsgröße der Regeleinrichtung 15 zugeführt. Letzterer wird weiterhin die Spannung des Tachogenerators 13 als Meßwert für die Umfangsgeschwindigkeit der Ersatz-Wickelrolle 3 zugeleitet. Die Regeleinrichtung 16 enthält die für die Optimierung der Regelung erforderlichen Übertragungsfunktionen. Das Ausgangsmaterial wird dem Drehzahlsteller 20 zugeführt, der eine variable Spannung für den Gleichstrommotor 12 bereitstellt und damit die notwendigen Drehzahlen für den Antrieb bewirkt.The ramp function is supplied to the control device 15 as a reference variable. The latter is also fed the voltage of the tachometer generator 13 as a measured value for the peripheral speed of the replacement winding roll 3 . The control device 16 contains the transfer functions required for the optimization of the control. The starting material is fed to the speed controller 20 , which provides a variable voltage for the DC motor 12 and thus effects the necessary speeds for the drive.
Auf Grund des bei konstanter tangentialer Beschleunigung linearen Zusammenhangs der Umfangsgeschwindigkeitserhöhung pro Zeiteinheit ergibt sich die erforderliche Beschleunigungszeit t a der Ersatz-Wickelrolle aus der BeziehungOn the basis of the linear relationship of the increase in peripheral speed per unit of time with a constant tangential acceleration, the required acceleration time t a of the replacement winding roll results from the relationship
bzw.respectively.
t a = K₁ · v B (4) t a = K ₁ · v B (4)
mitWith
als Konstante.as a constant.
Die Bahngeschwindigkeit v B wird in der Rechen- und Speichereinheit 7 aus der Anzahl von Bahnimpulsen Z B des Bahnimpulsgebers 6 über ein vorgegebenes Zeitintervall T v und dem Bahnweg S pro Bahnimpuls nach der GleichungThe web speed v B is calculated in the computing and storage unit 7 from the number of web pulses Z B of the web pulse generator 6 over a predetermined time interval T v and the web path S per web pulse according to the equation
ermittelt.determined.
Für das Antriebsmoment M AG des Beschleunigungsmotors bei Gurtantrieb gilt:The following applies to the drive torque M AG of the accelerator motor with belt drive:
mitWith
Aus Gleichung (7) ergibt sich das Massenträgheitsmoment J R der Ersatz-Wickelrolle 3 zuThe mass moment of inertia J R of the replacement winding roll 3 results from equation (7)
Dabei ist das Antriebsmoment M AG eine bekannte Funktion des Ankerstromes I M des Gleichstrommotors 12.The drive torque M AG is a known function of the armature current I M of the DC motor 12 .
M AG = f (I M) (10) M AG = f ( I M ) (10)
Der Wert des Ankerstromes I M wird vom Stromwandler 21 geliefert und mittels des Strom-Spannungs-Wandlers 22 in eine Spannung umgeformt der Rechen- und Speichereinheit 7 zugeführt.The value of the armature current I M is supplied by the current converter 21 and converted into a voltage by the current-voltage converter 22 and fed to the computing and storage unit 7 .
Mit Gleichung (10) und den KonstantenWith equation (10) and the constants
K₇ = J K (15) K ₇ = J K (15)
läßt sich Gleichung (9) umformen zucan be transformed to equation (9)
Die Konstanten stehen abrollungsspezifisch fest, ebenso steht die Funktion des Ankerstromes fest, und die Tangentialbeschleunigung a t ist vorgegeben. Der Anfangsdurchmesser D der Ersatz-Wickelrolle 3 wird bei ihrer ersten Drehung aus der Anzahl von Umfangsimpulsen Z U des Umfangsimpulsgebers 14 zwischen 2 Impulsen Z D des Umdrehungsimpulsgebers 8 und dem Umfangsweg N pro Umfangsimpuls nach der GleichungThe constants are specific to the roll, the function of the armature current is also fixed, and the tangential acceleration a t is specified. The initial diameter D of the replacement winding roll 3 is the first rotation of the number of circumferential pulses Z U of the circumferential pulse generator 14 between 2 pulses Z D of the revolution pulse generator 8 and the circumferential path N per circumferential pulse according to the equation
in der Rechen- und Speichereinheit 7 ermittelt. Somit kann nunmehr mittels letzterer das Massenträgheitsmoment J R errechnet werden.determined in the computing and storage unit 7 . Thus, the mass moment of inertia J R can now be calculated by means of the latter.
Zum gleichen Zeitpunkt ist auch die Masse m der Ersatz-Wickelrolle 3 errechenbar zuAt the same time, the mass m of the replacement winding roll 3 can also be calculated
und kann beispielsweise für Prozeßdaten der Verarbeitungsmaschine verwertet werden.and can be used, for example, for process data Processing machine can be used.
Mit dem Vorliegen des Massenträgheitsmoments J R ist analog den beim Beschleunigen wirkenden Komponenten das Bremsmoment M BrG für Gurtbremsung der Ersatz-Wickelrolle errechenbar zuWith the presence of the moment of inertia J R , the braking torque M BrG for belt braking of the replacement winding reel can be calculated analogously to the components acting during acceleration
wobei die Tangentialverzögerung a tBr vorgegeben wird. Im Falle einer Stopbremsung wird das von der Rechen- und Speichereinheit 7 errechnete Bremsmoment M BrG in Form einer Spannung der Regeleinrichtung 15 zugeführt. Letztere bricht daraufhin die Beschleunigungsregelung der Ersatz-Wickelrolle 3 ab und steuert den Drehzahlsteller 20 derart an, daß der im Vierquadrantenbetrieb arbeitende Gleichstrommotor 12 das Bremsmoment erzeugt.the tangential deceleration a tBr is specified. In the event of stop braking, the braking torque M BrG calculated by the computing and storage unit 7 is supplied to the control device 15 in the form of a voltage. The latter then aborts the acceleration control of the replacement winding roll 3 and controls the speed controller 20 in such a way that the four-quadrant DC motor 12 generates the braking torque.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Beschleunigung der Ersatz-Wickelrolle mittels Motor. Die Erfindung kann beispielsweise auch angewendet werden, wenn der Antrieb der Ersatz-Wickelrolle vom Hauptantrieb der Verarbeitungsmaschine z. B. über eine Elektrokupplung als Stellglied erfolgt. Es sind dann die entsprechende Abhängigkeit des von der Kupplung übertragenen Drehmomentes vom Erregerstrom und die vom Anteil der Kupplung am Trägheitsmoment J G veränderte Konstante K₅ in die Rechen- und Speichereinheit t einzugeben.In the exemplary embodiment, the replacement winding roller is accelerated by means of a motor. The invention can also be applied, for example, when the drive of the replacement winding roll from the main drive of the processing machine, for. B. via an electric clutch as an actuator. The corresponding dependence of the torque transmitted by the clutch on the excitation current and the constant K ₅ changed by the portion of the clutch in the moment of inertia J G must then be entered into the computing and storage unit t .
In Fig. 2 ist eine Beschleunigungsanordnung dargestellt, die einen zweiarmigen Rollenständer 23 enthält. Letzterer trägt die alte Wickelrolle 24 und die Ersatz-Wickelrolle 25. Von der alten Wickelrolle 24 wird die Materialbahn 26 abgewickelt und u. a. über die Bahnleitwalze 27 geführt, die einen an eine Rechen- und Speichereinheit 28 angeschlossenen Bahnimpulsgeber 29 trägt. An der Wickelrollenspindel 30 der Ersatz-Wickelrolle 25 greift ein Gleichstrommotor 31, an der Wickelrollenspindel 32 der alten Wickelrolle 24 ein Gleichstrommotor 33 an. Jeder Arm des Rollenständers 23 trägt einen Umdrehungsimpulsgeber 34; 35, der pro Rollenumdrehung einen Impuls abgibt. Mittels Umschalteinrichtungen 36; 37 werden jeweils der zur Ersatz-Wickelrolle gehörige Gleichstrommotor und Umdrehungsimpulsgeber wirksam. Dabei wird in Fig. 2 der Umdrehungsimpulsgeber 34 mit der Rechen- und Speichereinheit 28 und der Gleichstrommotor 31 mit dem Ausgang eines Drehzahlstellers 38 verbunden.In FIG. 2, an acceleration device is shown that includes a two-armed roller stand 23. The latter carries the old winding roll 24 and the replacement winding roll 25 . From the old winding roll 24, the material web is unwound 26 and performed inter alia on the web guide roller 27 which carries an output connected to a computing and storage unit 28 pulse train 29th A DC motor 31 engages the winding roller spindle 30 of the replacement winding roller 25 , and a DC motor 33 acts on the winding roller spindle 32 of the old winding roller 24 . Each arm of the roller stand 23 carries a rotation pulse generator 34 ; 35 , which gives one impulse per roller revolution. By means of switching devices 36 ; 37 , the DC motor and revolution pulse generator belonging to the replacement winding reel become effective. In this case, the rotational pulse generator 34, the DC motor 31 is connected to the computing and storage unit 28 and the output of a speed controller 38 in FIG. 2.
Am Mantel der Ersatz-Wickelrolle 25 liegt eine Rolle 39 an, mit der ein an die Rechen- und Speichereinheit 28 angeschlossener Umfangsimpulsgeber 40 und ein Tachogenerator 41 gekuppelt sind. Letzterer ist mit dem Istwerteingang einer Regeleinrichtung 42 verbunden. An ihrem Sollwerteingang ist ein Potentiometer 43 angeschlossen, wobei in Reihe ein Spannungs-Frequenz-Wandler 44, ein Zähler 45 und ein Digital-Analog-Wandler 46 zwischengeschaltet sind. Das Potentiometer 43 steht weiterhin mit der Rechen- und Speichereinheit 28 in Verbindung. Der Regeleinrichtung 42 ist der Drehzahlsteller 38 nachgeschaltet. Im Ankerstrompfad für die Gleichstrommotoren 31; 33 liegt ein Stromwandler 47, der unter Zwischenschaltung eines Strom-Spannungs-Wandlers 48 mit der Rechen- und Speichereinheit 28 verbunden ist. Mit letzterer steht weiterhin die Regeleinrichtung 42 in Verbindung.A roller 39 bears against the jacket of the replacement winding roller 25 , with which a peripheral pulse generator 40 connected to the computing and storage unit 28 and a tachometer generator 41 are coupled. The latter is connected to the actual value input of a control device 42 . A potentiometer 43 is connected to its setpoint input, a voltage-frequency converter 44 , a counter 45 and a digital-to-analog converter 46 being connected in series. The potentiometer 43 is still connected to the computing and storage unit 28 . The speed controller 38 is connected downstream of the control device 42 . In the armature current path for the DC motors 31 ; 33 there is a current converter 47 which is connected to the computing and storage unit 28 with the interposition of a current-voltage converter 48 . The control device 42 is still connected to the latter.
Im Verlaufe des Rollenwechselvorganges ist die Ersatz-Wickelrolle 25 an die Materialbahn 26 der zu Ende gehenden alten Wickelrolle 24 anzukleben. Hierzu wird die Ersatz-Wickelrolle 25 mittels des Gleichstrommotors 31 in ihrer Umfangsgeschwindigkeit v U von Null auf die Materialbahngeschwindigkeit v B beschleunigt. Dies erfolgt mit konstanter Tangentialbeschleunigung a t, die vorgewählt und als Spannungswert am Potentiometer 43 eingestellt wird. Diese Spannung wird einmal der Rechen- und Speichereinheit 28 zugeleitet. Sie wird weiterhin im Spannungs-Frequenz-Wandler 44 in eine äquivalente Frequenz ν umgewandelt. Das Frequenzsignal wird dem Zähler 45 zugeführt, der auf Grund der ankommenden Impulse seinen Zählerstand erhöht. In dem Zähler 45 nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler 46 wird der aktuelle Zählerstand in eine äquivalente Spannung U umgesetzt. Damit entsteht am Ausgang bei kontinuierlicher Erhöhung des Zählerstandes eines entsprechend den Spannungsstufen Δ U des Digital-Analog-Wandlers 46 angenäherte Rampenfunktion, deren Anstieg durch die Zählfrequenz des Zählers 45 bestimmt wird (Fig. 3) und die Tangentialbeschleunigung a t verkörpert. Es giltIn the course of the roll change process, the replacement winding roll 25 is to be glued to the material web 26 of the old winding roll 24 which is coming to an end. For this purpose, the replacement winding roll 25 is accelerated by means of the DC motor 31 in its peripheral speed v U from zero to the material web speed v B. This takes place with constant tangential acceleration a t , which is preselected and set as a voltage value on the potentiometer 43 . This voltage is fed once to the computing and storage unit 28 . It is also converted into an equivalent frequency ν in the voltage-frequency converter 44 . The frequency signal is fed to the counter 45 , which increases its counter reading due to the incoming pulses. The current counter reading is converted into an equivalent voltage U in the counter 45 downstream digital-to-analog converter 46 . This results in a ramp function approximating the voltage levels Δ U of the digital-to-analog converter 46 at the output with a continuous increase in the counter reading, the increase of which is determined by the counting frequency of the counter 45 ( FIG. 3) and embodies the tangential acceleration a t . It applies
bzw.respectively.
a t = Δ U · ν (2) a t = Δ U · ν (2)
Die Rampenfunktion wird als Führungsgröße der Regeleinrichtung 42 zugeführt. Letzterer wird weiterhin die Spannung des Tachogenerators 41 als Meßwert für die Umfangsgeschwindigkeit der Ersatz-Wickelrolle 25 zugeleitet. Die Regeleinrichtung 42 enthält die für die Optimierung der Reglung erforderlichen Übertragungsfunktionen. Das Ausgangssignal wird dem Drehzahlsteller 38 zugeführt, der eine variable Spannung für den Gleichstrommotor 31 bereitstellt und damit die notwendigen Drehzahlen für den Antrieb bewirkt.The ramp function is fed to the control device 42 as a reference variable. The latter is also fed the voltage of the tachometer generator 41 as a measured value for the peripheral speed of the replacement winding roll 25 . The control device 42 contains the transfer functions required for the optimization of the control. The output signal is fed to the speed controller 38 , which provides a variable voltage for the DC motor 31 and thus effects the necessary speeds for the drive.
Für die Ermittlung der Beschleunigungszeit t a der Ersatz-Wickelrolle 25 gilt analog dem ersten Ausführungsbeispiel die Gleichung (4)For the determination of the acceleration time t a of the replacement winding roll 25 , equation (4) applies analogously to the first exemplary embodiment.
t a = K₁ · v B (4) t a = K ₁ · v B (4)
mitWith
als Konstante as a constant
Analog wird auch die Bahngeschwindigkeit v B nach Gleichung (6)The path velocity v B is also analogous according to equation (6)
aus der Anzahl von Bahnimpulsen Z B des Bahnimpulsgebers 29 über ein vorgegebenes Zeitintervall T v und dem Bahnweg S pro Bahnimpuls ermittelt.determined from the number of path pulses Z B of the path pulse generator 29 over a predetermined time interval T v and the path S per path pulse.
Für das Antriebsmoment M AZ des Beschleunigungsmotors bei Zentrumantrieb giltThe following applies to the drive torque M AZ of the acceleration motor with central drive
Aus Gleichung (20) ergibt sich das Massenträgheitsmoment J R der Ersatz-Wickelrolle 25 zuThe mass moment of inertia J R of the replacement winding roll 25 results from equation (20)
Dabei ist das Antriebsmoment M AZ eine bekannte Funktion des Ankerstromes I M des Gleichstrommotors 31 The drive torque M AZ is a known function of the armature current I M of the direct current motor 31
M AZ = f (I M) (22) M AZ = f (I M ) (22)
Der Wert des Ankerstromes I M wird vom Stromwandler 47 geliefert und mittels des Strom-Spannungs-Wandlers 48 in eine Spannung umgeformt der Rechen- und Speichereinheit 28 zugeführt.The value of the armature current I M is supplied by the current converter 47 and, by means of the current-voltage converter 48, converted into a voltage and fed to the computing and storage unit 28 .
Mit Gleichung (22) und den KonstantenWith equation (22) and the constants
K₉ = J Z + J K (24) K ₉ = J Z + J K (24)
läßt sich Gleichung (21) umformen zuequation (21) can be transformed
Die Konstanten K₈ und K₉ stehen abrollungsspezifisch fest, ebenso steht die Funktion des Ankerstromes fest, und die Tangentialbeschleunigung a t ist vorgegeben. Der Anfangsdurchmesser D der Ersatz-Wickelrolle 25 wird wie bei der Beschleunigungsvorrichtung mit Gurtantrieb während der ersten Rollendrehung nach Gleichung (17)The constants K ₈ and K ₉ are specific to the roll, the function of the armature current is also fixed, and the tangential acceleration a t is specified. The initial diameter D of the replacement winding roll 25 is, as in the belt-driven accelerator, during the first roll rotation according to equation (17)
aus der Anzahl von Umfangsimpulsen Z U des Umfangsimpulsgebers 40 zwischen 2 Impulsen Z D des Umdrehungsimpulsgebers 34 und dem Umfangsweg N pro Umfangsimpuls in der Rechen- und Speichereinheit 28 ermittelt. Somit kann nunmehr mittels letzterer nach Gleichung (25) das Massenträgheitsmoment J R errechnet werden.from the number of circumferential pulses Z U of the circumferential pulse generator 40 between 2 pulses Z D of the rotation pulse generator 34 and the circumferential path N per circumferential pulse in the computing and storage unit 28 . Thus, the mass moment of inertia J R can now be calculated using the latter according to equation (25).
Zum gleichen Zeitpunkt ist auch die Masse m der Ersatz-Wickelrolle 25 errechenbar nach Gleichung (18)At the same time, the mass m of the replacement winding roll 25 can also be calculated according to equation (18)
Mit dem Vorliegen des Massenträgheitsmoments J R ist analog den beim Beschleunigen wirkenden Komponenten das Bremsmoment M BrZ für Zentrumbremsung der Ersatz-Wickelrolle 23 errechenbar zuWith the presence of the moment of inertia J R , the braking torque M BrZ for center braking of the replacement winding roller 23 can be calculated analogously to the components acting during acceleration
wobei die Tangentialverzögerung a tBr vorgegeben wird. the tangential deceleration a tBr is specified.
Im Falle einer Stopbremsung wird das von der Rechen- und Speichereinheit 28 errechnete Bremsmoment M BrZ in Form einer Spannung der Regeleinrichtung 42 zugeführt. Letztere bricht daraufhin die Beschleunigungsregelung der Ersatz-Wickelrolle 23 ab und steuert den Drehzahlsteller 38 derart an, daß der im Vierquadrantenbetrieb arbeitende Gleichstrommotor 31 das Bremsmoment erzeugt.In the event of stop braking, the braking torque M BrZ calculated by the computing and storage unit 28 is supplied to the control device 42 in the form of a voltage. The latter thereupon aborts the acceleration control of the replacement winding roll 23 and controls the speed controller 38 in such a way that the four-quadrant DC motor 31 generates the braking torque.
In den Ausführungsbeispielen tragen die Rollenständer jeweils zwei Arme. Die Erfindung ist ebenso an dreiarmigen Rollenständern anwendbar.In the exemplary embodiments, the roll stands bear two arms each. The invention is also on three-armed roller stands applicable.
Weiterhin kann unter Benutzung der Erfindung die Rechen- und Speichereinheit auch von analogen Meßwertgebern gespeist werden. Auch kann der Meßwertgeber für die Drehzahl der Ersatz-Wickelrolle eine Impulsfolge pro Umdrehung abgeben, wobei dann in Formel (17) noch das Verhältnis der Impulse pro Umdrehung und der ausgewerteten Impulse als Faktor eingeht. Ebenso ist die Erfassung des von der Regeleinrichtung zu verarbeitenden Geschwindigkeitsverhaltens der Ersatz-Wickelrolle mit einem digitalen Geber möglich. Auch können die Regeleinrichtung und die Rechen- und Speichereinheit an einem gemeinsamen Meßwertgeber für die Umfangsgeschwindigkeit der Ersatz-Wickelrolle gelegt werden. Bei entsprechender Auswahl der Regeleinrichtung kann auch der dem Zähler nachgeschaltete Digital-Analog-Wandler entfallen.Furthermore, using the invention Computing and storage unit also from analog Sensors are fed. The transmitter can also for the speed of the replacement winding roll one Output pulse train per revolution, whereby then in Formula (17) still the ratio of the impulses per revolution and the evaluated impulses as a factor. As well is the detection of the control device too processing speed behavior of the replacement winding roll possible with a digital encoder. Also can the control device and the computing and Storage unit on a common transmitter for the peripheral speed of the replacement winding roll will. With appropriate selection of the control device can also the digital-to-analog converter downstream of the counter omitted.
In den Ausführungsbeispielen dient ein Potentiometer als Sollwertgeber für die Tangentialbeschleunigung. Hierfür kann auch eine anderweitige variable Gleichspannungsquelle Anwendung finden. Es kann aber auch der Sollwert der Tangentialbeschleunigung in der Rechen- und Speichereinheit eingespeichert vorliegen und von dieser dem Spannungs-Frequenz-Wandler zugeführt werden. In the exemplary embodiments, a potentiometer serves as Setpoint generator for tangential acceleration. Therefor can also be another variable DC voltage source Find application. But it can also be the setpoint of Tangential acceleration in the computing and storage unit stored and from this the Voltage-frequency converters are supplied.
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used
1 Rollenständer
2 alte Wickelrolle
3 Ersatz-Wickelrolle
4 Materialbahn
5 Bahnleitwalze
6 Bahnimpulsgeber
7 Rechen- und Speichereinheit
8 Umdrehungsimpulsgeber
9 Umdrehungsimpulsgeber
10 Umschalteinrichtung
11 Antriebsgurt
12 Gleichstrommotor
13 Tachogenerator
14 Umfangsimpulsgeber
15 Regeleinrichtung
16 Potentiometer
17 Spannungs-Frequenz-Wandler
18 Zähler
19 Digital-Analog-Wandler
20 Drehzahlsteller
21 Stromwandler
22 Strom-Spannungs-Wandler
23 Rollenständer
24 alte Wickelrolle
25 Ersatz-Wickelrolle
26 Materialbahn
27 Bahnleitwalze
28 Rechen- und Speichereinheit
29 Bahnimpulsgeber
30 Wickelrollenspindel
31 Gleichstrommotor
32 Wickelrollenspindel
33 Gleichstrommotor
34 Umdrehungsimpulsgeber
35 Umdrehungsimpulsgeber
36 Umschalteinrichtung
37 Umschalteinrichtung
38 Drehzahlsteller
39 Rolle
40 Umfangsimpulsgeber
41 Tachogenerator
42 Regeleinrichtung
43 Potentiometer
44 Spannungs-Frequenz-Wandler
45 Zähler
46 Digital-Analog-Wandler
47 Stromwandler
48 Strom-Spannungs-Wandler 1 roll stand
2 old winding rolls
3 replacement winding roll
4 material web
5 web guide roller
6 path pulse generator
7 computing and storage unit
8 revolution encoder
9 revolution encoder
10 switching device
11 drive belt
12 DC motor
13 tachometer generator
14 circumferential pulse generator
15 control device
16 potentiometers
17 voltage-frequency converters
18 counters
19 digital-to-analog converters
20 speed controller
21 current transformers
22 current-voltage converters
23 roll stands
24 old winding roll
25 replacement winding roll
26 material web
27 web guide roller
28 Computing and storage unit
29 Path pulse generator
30 winding reel spindle
31 DC motor
32 winding reel spindle
33 DC motor
34 revolution encoder
35 revolution pulse generator
36 changeover device
37 Changeover device
38 speed controller
39 roll
40 circumferential pulse generators
41 tachometer generator
42 control device
43 potentiometers
44 voltage-frequency converter
45 counters
46 digital-to-analog converters
47 current transformers
48 current-voltage converters
a t Tangentialbeschleunigung
a tBr Tangentialverzögerung
D Durchmesser der Ersatz-Wickelrolle
f Funktion
I M Ankerstrom des Beschleunigungsmotors
J G Massenträgheitsmoment des Gurtantriebes
J K Massenträgheitsmoment der Rollenlagerung
(Konus)
J R Massenträgheitsmoment der Ersatz-Wickelrolle
J Z Massenträgheitsmoment des Zentrumantriebes
K₁ bis K₉ Konstante
M AG Antriebsmoment bei Gurtantrieb
M AZ Antriebsmoment bei Zentrumantrieb
M BrG Bremsmoment für Gurtbremsung
M BrZ Bremsmoment für Zentrumbremsung
M R Reibungsmoment der Rollenlagerung
M RG Reibungsmoment des Gurtantriebes
m Masse der Ersatz-Wickelrolle
N Weg pro Umfangsimpuls
n Drehzahl des Beschleunigungsmotors
S Bahnweg pro Bahnimpuls
T v Zeitintervall
t a Beschleunigungszeit
U Spannung
Δ U Spannungsstufe
v B Bahngeschwindigkeit
v U Umfangsgeschwindigkeit
Z B Anzahl von Bahnimpulsen
Z D Anzahl von Umdrehungsimpulsen
Z U Anzahl von Umfangsimpulsen
α Anstiegswinkel
ν Frequenz
ω Winkelgeschwindigkeit des Beschleunigungsmotors a t Tangential acceleration
a tBr tangential deceleration
D Diameter of the replacement winding roll
f function
I M armature current of the acceleration motor
J G moment of inertia of the belt drive
J K moment of inertia of the roller bearing (cone)
J R Mass moment of inertia of the replacement winding roll
J Z moment of inertia of the central drive
K ₁ to K ₉ constant
M AG drive torque with belt drive
M AZ drive torque with central drive
M BrG braking torque for belt braking
M BrZ braking torque for center braking
M R friction torque of the roller bearing
M RG Frictional torque of the belt drive
m Mass of the replacement winding roll
N path per circumferential pulse
n Speed of the acceleration motor
S path per path impulse
T v time interval
t a acceleration time
U voltage
Δ U voltage level
v B path speed
v U peripheral speed
Z B Number of path impulses
Z D Number of revolution pulses
Z U Number of circumferential pulses
α rise angle
ν frequency
ω angular velocity of the acceleration motor
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MAN ROLAND DRUCKMASCHINEN AG, 6050 OFFENBACH, DE |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |