DE4444228C2 - Vorrichtung zur seitlichen Führung einer laufenden Materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung zur seitlichen Führung einer laufenden Materialbahn mit einem um eine außermittig gelegene Schwenkachse schwenkbaren Schwenkrahmen mit wenigstens einer die Ma­ terialbahn umlenkenden Walze und einem ortsfesten Bahn­ kanten-Auslaufsensor in geringer Entfernung von der schwenkachsenfernen Ablaufstelle der Materialbahn zur Gewinnung eines Lageabweichungssignals der ablaufenden Materialbahn für einen auf den Schwenkantrieb des Schwenkrahmens wirken­ den Regelkreis.

Eine solche Vorrichtung ist aus dem Aufsatz "Basic Tech­ niques for Controlling Web Position" von Sorsen in "Au­ tomation", April 1966, S. 105 ff., Fig. 3 (b) oder aus DE-AS 22 12 212 bekannt.

Solche Vorrichtungen haben gewöhnlich zwei vom Schwenk­ rahmen getragene Umlenkwalzen und benötigen nur eine kurze Einlauflänge, weil die Schwenkachse etwa in der Ebene der Auflaufstelle, also der Mantellinie der schwenkachsennahen Umlenkwalze verläuft, auf die der einlaufende Materialbahnabschnitt aufläuft, so daß dieser bei den korrigierenden Schwenkungen nur eine Torsion, nicht aber einen Seitenversatz erfährt.

Die schwenkachsenferne Umlenkwalze, über die die Bahn abläuft, führt bei den Schwenkungen außer ihrer Winkel­ drehung auch eine seitliche Translationsbewegung aus, welche einen sofort wirksamen Proportionalanteil des Re­ geleingriffs bewirkt, während die Winkeldrehung des Schwenkrahmens das laufende Band in die gewünschte Sol­ lage bringt.

Die bekannten Führungsvorrichtungen mit solchen Schwenkrahmen sind nur für eine Bahnlaufrichtung vorge­ sehen. Es kommt jedoch in einigen Anwendungsfällen vor, daß die Bahn auch in umgekehrter Richtung (im Rück­ wärtsbetrieb) laufen muß und auch in diesem Betriebszu­ stand eine Bahnkantenführung erforderlich oder gewünscht ist.

Eine aufwendige Lösung für diese Aufgabe ist es, auf beiden Seiten des Schwenkrahmens einen Schwenkantrieb vorzusehen und hier zur Bewirkung eines Seitenversatzes angreifen zu lassen, und auch nahe der Ablaufstelle bei­ der Umlenkwalzen einen ortsfesten Auslaufsensor vorzuse­ hen. Abhängig von der Bahnlaufrichtung wird dann der Schwenkantrieb auf der Einlaufseite in der mittigen Stellung arretiert und der zugehörige Bahnkantensensor abgeschaltet, während der Sensor und der Schwenkantrieb der anderen Seite des Schwenkrahmens die bekannte Rege­ lung auf der Auslaufseite bewirken. Diese Lösung ist nicht nur wegen der Notwendigkeit zweier Schwenkantriebe aufwendig, sondern auch deswegen, weil einfache und vor­ teilhafte Lagerungs- und Führungskinematiken des Schwenkrahmens nicht verwendet werden können, wie sie in der genannten DE-AS 22 12 212 verwendet werden und auch noch aus DE-PS 26 35 631 oder DE-PS 31 25 852 bekannt sind. Bei diesen Ausbildungen ist der Schwenkrahmen von Gleitführungselementen so geführt, daß er nur Bewegungen um einen ortsfest bleibenden Momentanpol als virtuelle Schwenkachse ausführen kann.

Eine andere für beide Laufrichtungen gedachte Vorrich­ tung zur seitlichen Führung laufender Materialbahnen ist aus DE-AS 21 37 706 bekannt. Bei dieser sind zwei Um­ lenkwalzen in einem Schwenkrahmen gelagert, wobei die Schwenkachse mittig zwischen den Walzenachsen liegt, nämlich das Zentrum der von den Walzenachsen definierten Ebene rechtwinklig schneidet. In der Nähe beider Ablauf­ stellen sind ortsfeste Bahnkantensensoren angeordnet, wobei jeweils der den ablaufenden Bahnabschnitt erfas­ sende Sensor aktiv ist und das Fehlersignal für einen Regelvorgang zur Beseitigung des Fehlers liefert.

Auch bei dieser Lösung ist die konstruktive Ausbildung des Schwenkrahmens und seiner Lagerung schwierig und aufwendig. Es kommt hinzu, daß bei einer Korrektur­ schwenkung des Schwenkrahmens auch der einlaufende Bahn­ abschnitt einer seitlichen Verlagerung unterworfen wird, was mechanische Beanspruchungen zur Folge hat. Auch ent­ steht dadurch im Einlauf ein zusätzlicher Fehler, der durch die Regelung beseitigt werden muß. Diese weniger günstigen Verhältnisse des Bahnlaufs sind in beiden Laufrichtungen gleichermaßen vorhanden. Wenn eine der beiden Laufrichtungen den überwiegend stattfindenden primären Betrieb darstellt, ist dieser dem genannten Nachteil unterworfen.

Aus der US-PS 3 664 561 ist eine Vorrichtung zur Führung einer laufenden Materialbahn mit einem Schwenkrahmen bekannt, welcher fest mit einem im Einlaufbereich der Bahn angeordneten Bahnkantensensor verbunden ist. Hier handelt es sich jedoch um einen Steuerrahmen mit einer Walze und einer an diese angedrückten gegenüberliegenden Rolle, zwischen denen die Materialbahn ohne Umlenkung durchläuft. Der Rahmen ist schwenkbar um eine Achse, die rechtwinklig zur Ebene der durchlaufenden Bahn verläuft. Eine solche Steuervorrichtung hat ein integrales Stell­ verhalten (und wird im Englischen üblicherweise als "Steering Guide" bezeichnet), während es vorliegend um einen Steuerrahmen mit proportionalem Stellverhalten geht (der im Englischen üblicherweise als "Displacement Guide" bezeichnet wird). Es handelt sich bei dieser aus US-PS 3 664 561 bekannten Vorrichtung um eine solche mit andersartiger Beanspruchung der laufenden Material­ bahn, die auch für andersartige Einsatzfälle gedacht ist.

Zur vorstehenden Erfindung gehört die Erkenntnis, daß in den meisten Fällen der Verwendung von in beiden Lauf­ richtungen wirksamen Vorrichtungen zur seitlichen Mate­ rialbahnführung der eingangs vorausgesetzten Gattung eine der Laufrichtungen die vorherrschende ist und für diese primäre Laufrichtung die Regelung wirksam sein sollte, die den einlaufenden Bahnabschnitt keinen seit­ lichen Versetzungen unterwirft und deren Regelvorgang ausgeht von einem Seitenlagesignal, das ein nahe der Ablaufstelle angeordneter ortsfester Bahnkantensensor erzeugt.

Für die sekundäre Laufrichtung kann dagegen eine seitli­ che Verlagerung des einlaufenden Bahnabschnitts hinge­ nommen werden, wobei man sich zur seitlichen Bahnführung für diesen Fall einer Steuerung bedienen kann, wie sie an sich bei Aufwicklern bekannt ist, beispielsweise aus der eingangs zitierten Quelle "Basic Techniques for Con­ trolling Web Position", Fig. 6. In diesem Betriebszu­ stand wird der bekannte und kinematisch vorteilhaft aus­ führbare Schwenkrahmen mit außermittiger Schwenkachse in neuartiger Weise eingesetzt und in einen Steuervorgang einbezogen.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaf­ fung einer Vorrichtung zur Seitenführung einer laufenden Materialbahn, die unter Beibehaltung einer einfachen und bewährten mechanischen Konstruktion und bekannter Rege­ lungsgüte in der einen Laufrichtung auch in der anderen Laufrichtung mit befriedigendem Ergebnis der Bahnseiten­ führung betrieben werden kann.

Ausgehend von der eingangs genannten bekannten Ausbil­ dung gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe durch einen zumindest virtuell mit der schwenkachsenfernen Seite des Schwenkrahmens verbundenen Bahnkanten-Einlauf­ sensor zur Gewinnung eines Lageabweichungssignals der im Rückwärtsbetrieb auf die schwenkachsenferne Auflaufstel­ le auflaufenden Bahn für einen auf den Schwenkantrieb des Schwenkrahmens wirkenden Steuerkreis, welcher den Einlaufsensor der überwachten Bahnkante folgen läßt.

Der im Rückwärtsbetrieb wirksame Einlaufsensor ist also in der einfachsten Ausbildung starr am Schwenkrahmen angebracht und erfaßt somit die Veränderungen der Lage der überwachten Bahnkante relativ zur schwenkachsenfer­ nen Seite des Schwenkrahmens. Bei großen Anlagen kann statt einer starren mechanischen Verbindung eine hydrau­ lische oder elektrische Nachführung verwendet werden. Möglich ist aber auch eine virtuelle Verbindung, bei der der Bahnkantensensor ortsfest angebracht ist, aber sein Signal von einem Signal für die Seitenlage der schwenk­ achsenfernen Seite des Schwenkrahmens in der Weise über­ lagert wird, daß ein Signal für nur die genannten Rela­ tivveränderungen gewonnen wird.

Üblicherweise wird, wie in der nachfolgenden Beschrei­ bung eines Ausführungsbeispiels, der Schwenkrahmen zwei Umlenkwalzen, also eine schwenkachsennahe und eine schwenkachsenferne Umlenkwalze aufweisen. Es versteht sich, daß er aber auch mit nur einer Umlenkwalze gebaut sein kann, wobei dann die Mantellinien der einen Umlenk­ walze zu betrachten sind, auf denen die Materialbahn auf- bzw. abläuft und die vorstehend als schwenkachsen­ nahe bzw. schwenkachsenferne Auf- bzw. Ablaufstelle be­ zeichnet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnung weiter erläutert. Diese zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Seitenführung einer laufenden Material­ bahn für Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb.

Auf einem ortsfesten Einbaurahmen 10 ist mittels Gleit­ führungselementen 13 ein Schwenkrahmen 8 derart geführt und gelagert, daß er Schwenkbewegungen ausführen kann, deren Achse 6 außermittig verläuft, und zwar etwa in der Ebene des im Vorwärtsbetrieb (Pfeil V) auflaufenden Ab­ schnitts der Materialbahn 12. Der Schwenkantrieb 9 ist als Hydraulikzylinder angedeutet.

Im Schwenkrahmen 8 sind zwei Umlenkwalzen 7 und 5 gela­ gert und die Materialbahn 12 umläuft vor und hinter den Umlenkwalzen des Schwenkrahmens ortsfest gelagerte Fest­ walzen 11 und 4. Im Vorwärtsbetrieb mit der Laufrichtung V ist 11 die festmontierte Einlaufwalze und 4 die fest­ montierte Auslaufwalze.

In der Nähe der Ablaufstelle der Materialbahn von der schwenkachsenfernen Umlenkwalze 5 ist im Einbaurahmen 10 ein Bahnkantensensor 1 befestigt, der nur im Vorwärts­ betrieb aktiv ist, d. h. wenn der von ihm überwachte Ma­ terialabschnitt der auslaufende Abschnitt ist, und der deshalb einen Auslaufsensor 1 darstellt.

Mittels eines Trägers 3 ist ein Bahnkantensensor 2 am Schwenkrahmen 8 so gehalten, daß er sich in der Nähe der Festwalze 4 befindet. Dieser Sensor ist nur im Rück­ wärtsbetrieb (Pfeil R) aktiv und überwacht dann den ein­ laufenden Abschnitt der Materialbahn, weshalb er als Einlaufsensor 2 bezeichnet wird.

Im Vorwärtsbetrieb mit der Bahnlaufrichtung V ist der Sensor 1 aktiv und liefert das Lageabweichungssignal, das in einem Regelkreis verarbeitet wird, welcher den Schwenkantrieb 9 als Stellglied beaufschlagt und auftre­ tende Bahnlagenabweichungen wegregelt. Dieser Betrieb unterscheidet sich nicht von dem mit diesen Schwenkrah­ men-Seitenführungsvorrichtungen bekannten und üblichen Betrieb.

Im Rückwärtsbetrieb ist der Auslaufsensor 1 abgeschaltet und der den jetzt einlaufenden Materialbahnabschnitt überwachende Einlaufsensor 2 eingeschaltet, der aufgrund seiner mechanischen Verbindung mit dem Schwenkrahmen 8 dessen seitliche Bewegungen mitmacht und im Einlauf auf­ tretende Seitenlageabweichungen erfaßt, bevor sie den Schwenkrahmen 8 erreichen. Der Antrieb 9 wird derart angesteuert, daß der Einlaufsensor 2 und damit die Auf­ laufstelle auf die schwenkachsenferne Umlenkwalze 5 den Lageänderungen der Bahnkante folgt, wodurch der Lagefeh­ ler beseitigt wird, ohne daß der Erfolg, also die Bahn­ kantenlage hinter dem Schwenkrahmen 8 kontrolliert wird. Es handelt sich also bei diesem Betriebszustand um eine Steuerung.

Der Schwenkantrieb 9 ist vorliegend in Form eines Hy­ draulikzylinders angedeutet; es kann jedoch ein elektro­ mechanischer Antrieb oder ein anderer geeigneter Schwenkantrieb Verwendung finden.

Es versteht sich, daß anstelle der mechanischen Verbin­ dung des Einlaufsensors 2 mit dem Schwenkrahmen 8 bei großen Bahnführungsanlagen auch eine elektrische oder hydraulische Nachführung des Einlaufsensors 2 Verwendung finden kann, also die Verbindung auf eine andere geeig­ nete Weise zustandegebracht ist, abgesehen von der be­ reits beschriebenen virtuellen Verbindung.

Es versteht sich auch, daß anstelle einer Bahnkantenfüh­ rung mit jeweils einem Sensor für eine Bahnkante eine Bahnmittenführung verwirklicht werden kann, wobei dann für jede Bahnkante jeweils ein Auslaufsensor und ein Einlaufsensor vorzusehen sind. Es müßten also anstelle von Sensor 1 zwei Sensoren eingesetzt werden, einer für die rechte und einer für die linke Bahnkante. Ebenso müßten dann anstelle von Sensor 2 ein rechter und ein linker Bahnkantensensor vorgesehen werden.

Die Sensoren selbst können von beliebiger geeigneter Art sein, beispielsweise auch Diodenzeilenkameras.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur seitlichen Führung einer laufenden Materialbahn (12) mit einem um eine außermittig gelegene Schwenkachse (6) schwenkbaren Schwenkrahmen (8) mit we­ nigstens einer die Materialbahn umlenkenden Walze und einem ortsfesten Bahnkanten-Auslaufsensor (1) in gerin­ ger Entfernung von der schwenkachsenfernen Ablaufstelle der Materialbahn (12) zur Gewinnung eines Lageabweich­ ungssignals der ablaufenden Materialbahn (12) für einen auf den Schwenkantrieb (9) des Schwenkrahmens (8) wirkenden Re­ gelkreis, gekennzeichnet durch einen zumindest virtuell mit der schwenkachsenfernen Seite des Schwenkrahmens (8) verbun­ denen Bahnkanten-Einlaufsensor (2) zur Gewinnung eines Lageabweichungssignals der im Rückwärtsbetrieb (R) auf die schwenkachsenferne Auflaufstelle auflaufenden Mate­ rialbahn (12) für einen auf den Schwenkantrieb (9) des Schwenkrahmens (8) wirkenden Steuerkreis, welcher den Einlaufsensor (2) der überwachten Bahnkante folgen läßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Schwenkrahmen (8) gelagerte Umlenkwalzen (7, 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einlaufsensor (2) in größerem Abstand zur schwenkachsenfernen Ablaufstelle bzw. Auflaufstelle der Umlenkwalze (5) angeordnet ist als der Auslaufsensor (1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufsensor (2) in der Nähe einer im Rück­ wärtsbetrieb (R) dem Schwenkrahmen (8) vorgelagerten Festwalze (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf­ sensor (2) ortsfest angeordnet ist und sein Signal mit einem Signal für die Seitenlage der schwenkachsenfernen Seite des Schwenkrahmens (8) zusammengeführt, hieraus ein Signal für die Bahnkantenlage relativ zur schwenk­ achsenfernen Schwenkrahmenseite ermittelt und dieses zur Ansteuerung des Schwenkantriebs (9) verwendet wird.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lagerung und Führung des Schwenkrahmens (8) auf einem Einbaurahmen (10) mittels an sich bekannter Gleitführungselemente (13) in der Weise, daß der Momentanpol der Schwenkrah­ menbewegung ortsfest bleibt und mit der Schwenkachse (6) zusammenfällt.