DE60309698T2

DE60309698T2 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung der spannung eines bahngleichen materials

Info

Publication number: DE60309698T2
Application number: DE60309698T
Authority: DE
Inventors: Angelo Benvenuti; Franco Montagnani
Original assignee: Fabio Perini SpA
Current assignee: Fabio Perini SpA
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: ITFI20020088A1; WO2003099691A1; DE60309698D1; EP1507726A1; AU2003234083A1; US20050253013A1; BR0311398A; US7413139B2; ATE345298T1; EP1507726B1

Description

Technischer Bereich
Die Erfindung befasst sich mit einer Abwickelvorrichtung zum Abwickeln eines bahnartigen Materials (kurz: Bahnmaterial) von einer Spule und zum Zuführen derselben zu einer Verarbeitungslinie unter einer gesteuerten Spannung. Allgemein befasst sich die Erfindung mit einer Steuervorrichtung zum Steuern der Spannung eines bahnartigen Materials, das aus einer ersten Station kommt und einer zweiten Station eines Verarbeitungssystems zugeführt wird.
Die Erfindung befasst sich auch mit einem Verfahren zum Abwickeln eines bahnartigen Materials aus einer Spule zu Zuführung desselben zu einer Verarbeitungslinie mit einer geeigneten Steuerung der Spannung. Im Allgemeinen befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Steuern der Spannung eines bahnartigen Materials längs eines Zuführweges zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station in Folge mit der möglichen Zwischenschaltung weiterer Stationen, Bauteilen oder Vorrichtungen zwischen diesen.
Hintergrund der Erfindung
In mehreren industriellen Bereichen besteht die Notwendigkeit zum Abwickeln eines bahnartigen Materials von einer Spule, um es einer Verarbeitungslinie zur Transformation oder allgemeinen Verarbeitung zuzuführen. Beispielsweise werden im Bereich der Papierverarbeitung für die Produktion von Rollen aus Toilettenpapier, Papierrollen für häuslichen oder gewerblichen Einsatz, Papierhandtüchern oder Servietten eine oder mehrere Lagen von Papier, bekannt als „Gewebe", von einer oder mehreren Spulen abgewickelt und einer Transformationslinie zugeführt, die einen Aufwickler oder andere Maschinen in Reihe umfassen, um Rollen eines Durchmessers zu bilden, der gleich dem Durchmesser des Fertigproduktes ist und die eine große axiale Länge besitzen. Derartige Rollen oder Stämme werden dann quer geschnitten und in eine Vielzahl kleinerer Rollen unterteilt, die dann zur Verpackung geschickt werden. Probleme, die jenen für die Verarbeitung von Gewebepapier typisch sind, können auch in anderen technischen Bereichen auftreten, wie beispielsweise in der Verarbeitung von Kunststofffilm, Klebstoffbändern, Stoffen, nicht gewebten Stoffen, Karton und allgemein überall dort, wo die Notwendigkeit besteht, ein bahnartiges Material abzuwickeln, um es Mitteln oder Stationen zur Weiterverarbeitung zuzuführen.
Zum Abwickeln der Spulen dienen Abwickelvorrichtungen, welche die Abwickelbewegung der Spule mittels eines zentralen Mechanismus, das heißt eines solchen bewirken, der die Bewegung an die Achse der Spule überträgt, oder sonst mittels eines peripheren Mechanismus, das heißt eines solchen, der die Bewegung durch ein Bauteil (typischerweise ein Gurt) überträgt, das mit der Außenperipherie der Spule in Kontakt steht. Abwickler dieser Art sind beispielsweise beschrieben in den Dokumenten EP-B-0822912 sowie in US-A-5,730,389. Andere Abwickler für bahnartiges Material sind in den Dokumenten GB-A-2294033, US-A-3,202,376 und WO-A-0056644 beschrieben.
Das Bahnmaterial muss der Transformationslinie mit einer Spannung zugeführt werden, die im Wesentlichen konstant ist. Dies wird schwierig durch den Umstand, dass die Spulen, von denen das Bahnmaterial abgewickelt wird, häufig von unregelmäßiger Form sind, beispielsweise einen elliptischen Querschnitt besitzen oder jedenfalls deformiert sind und einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Verschiedene Systeme sind zur Steuerung des von Spulen abgewickelten Bahnmaterials untersucht worden. Nach einem ersten Ansatz wird das Bahnmaterial über eine Druckwalze geführt, das heißt eine solche, die von einer beweglichen Rotationsachse getragen ist, typischerweise mittels eines Paares von Schwingarmen, die um eine Schwingachse parallel zur Rotationsachse der Rolle selbst aufgehängt sind. Wenn die Spannung des Bahnmaterials variiert, beispielsweise aufgrund der Irregularität des Spulenquerschnitts, verschiebt die Druckwalze sich und verhindert eine Variation in der Spannung des Bahnmaterials. Ein Positionswandler, beispielsweise ein Winkelpositionswandler, stellt die Verlagerung der Druckrolle fest und erzeugt ein Rückkopplungssignal, das einer Steuereinheit dazu dient, die Zufuhrgeschwindigkeit des Bahnmaterials zu modifizieren, insbesondere durch Beschleunigen oder Verlangsamen der Spule.
Eine Abwickelvorrichtung mit einer Druckrolle zum Steuern der Spannung des Bahnmaterials ist in dem Dokument US-A-6,079,661 beschrieben. Diese Art Steuerung ist nicht zufriedenstellend darin, dass sie besonders instabil ist. Eine mögliche Deformation der Spule bewirkt nämlich eine Schwingung der Druckwalze mit einer Frequenz der gleichen Größenordnung wie die Frequenz der Rotation der Spule. Das Rückkopplungssignal, das davon abgeleitet ist, veranlasst zyklische Beschleunigungen und Abbremsungen mit einer ähnlichen Frequenz wie die der Rotationsgeschwindigkeit der Spule. Aufgrund des hohen Trägheitsmoments der Spulen aus Bahnmaterial wird die von dieser Art Steuerung bewirkte Korrektur verzögert bezüglich des Anfangs der Spannungsschwankung und ist daher nicht wirksam.
Nach einem anderen Versuch läuft das Bahnmaterial über eine Führungsrolle, der Lastzellen zugeordnet sind, welche die Reaktion auf die Achse der Rolle aufgrund des unter Spannung stehenden Bahnmaterials erfassen. Eine mögliche Unregelmäßigkeit des Querschnitts der Spule neigt dazu, Rückwirkungen in der Form einer periodischen Variation der Last zu besitzen, die auf die Führungsrolle ausgeübt wird. Diese Variation wird von den Lastzellen erfasst, die ein Rückkopplungssignal erzeugen, das dazu benutzt wird, in die Rotationsgeschwindigkeit der Spule einzugreifen, um die Spannungsschwingungen entzerren.
Auch diese Lösung ist aus den gleichen Gründen nicht zufriedenstellend, die die Druckrolle als ungeeignet erscheinen lassen und verursachen weiterhin größere Spannungssprünge im Bahnmaterial, obgleich sie im Vergleich zur Druckrolle den Vorteil einer Vereinfachung des Weges des Bahnmaterials bringt.
Ähnliche Probleme in der Steuerung der Spannung des Bahnmaterials können in Situationen auftreten, die von der typischen Situation des Abwickelns von einer Spule zur Zufuhr zu einer Station verschieden sind, die abstromseitig zu der den Abwickler aufweisenden Station sind. Im Allgemeinen können Probleme der Steuerung der Spannung des Bahnmaterials in solchen Situationen auftreten, bei denen das Bahnmaterial von einer zu anderen von zwei hintereinander angeordneten Stationen (die nicht notwendigerweise nebeneinander sich befinden müssen) längs eines Zuführweges zugeführt wird, wenn die eine oder andere der Stationen Schwingungen in der Zufuhrgeschwindigkeit oder in der Absorption des Bahnmaterials selbst erleiden. Eine Steuervorrichtung für die Bandspannung, die den am nächsten kommenden Stand der Technik repräsentiert, ist offenbart in EP-0579854-A.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abwickelvorrichtung zu schaffen, die speziell jedoch nicht ausschließlich für Papiergewebe geeignet ist und die die oben erwähnten Nachteile überwindet oder mildert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Entwicklung eines Verfahrens zum Abwickeln eines Bahnmaterials, welches die Nachteile bekannter Verfahren überwindet oder reduziert und die Steuerung der Spannung des Bahnmaterials wirksamer gestaltet.
Allgemein liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur wirksamen Steuerung der Spannung des Bahnmaterials in einer Verarbeitungslinie oder einem Verarbeitungssystem zu schaffen, die wenigstens zwei Stationen umfasst, die nacheinander längs des Weges des Bahnmaterials angeordnet sind.
Gemäß einem ersten und allgemeineren Merkmal schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern der Spannung von Bahnmaterial, das aus einer ersten Station ankommt und einer zweiten Station eines Systems zugeführt wird, welche aufweist:

– wenigstens ein Bauteil zum Regulieren der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials längs eines Vorschubweges zwischen der ersten Station und der zweiten Station;
– eine zentrale Steuereinheit;
– längs des Weges des Bahnmaterials eine Führungsrolle mit mobiler Achse, über welche das Bahnmaterial läuft; und
– einen Positionswandler zur Erfassung der Position der Führungsrolle und zur Erzeugung eines Positionssignals zum Einstellen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle in einer gesteuerten Position gehalten wird und dass ihr wenigstens ein Fühler zur Erfassung einer Last zugeordnet ist, die durch das Bahnmaterial auf die Führungsrolle ausgeübt wird; dass ein Betätiger eine gesteuerte Verlagerung der Führungsrolle entsprechend einem Rückkopplungssignal steuert, das durch den Fühler erzeugt wird, wobei der Betätiger so gesteuert wird, dass er Variationen der Last, die die Achse der Führungsrolle bewegt, ausgleicht; und dass das Bauteil zum Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials durch die zentrale Steuereinheit gesteuert wird und zwar entsprechend dem Positionssignal, um die Achse der Führungsrolle in einer Position zu halten, die im Mittel konstant ist.

Da die Führungsrolle in einer gesteuerten Position gehalten wird und nicht frei ist (wie das in bekannten Vorrichtungen der Fall ist), sich unter dem Einfluss der Spannung des über sie laufenden Bahnmaterials zu bewegen oder zu schwingen, ist es möglich, die auf die Rolle selbst durch das Bahnmaterial ausgeübte Last zu messen und auf dieser Basis ein Rückkopplungssignal zu erzeugen, das die nicht länger spontane, sondern gesteuerte Verlagerung der Rolle entzerrt von den Schwingungen in der Spannung. Die gesteuerte Verlagerung der Führungsrolle wird kontinuierlich mittels des Positionswandlers überwacht. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen bewirkt die vom Wandler erfasste Schwingung nicht direkt eine Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials. Statt dessen führt die Steuereinheit eine Integration des Signals durch, um die zeitliche mittlere Position der Führungsrolle zu bestimmen. Nur wenn diese mittlere Position stark von einer vorbestimmten Position abweicht, führt sie eine Korrektur der Zufuhrgeschwindigkeit des Bahnmaterials aus.
Das Bauteil zum Regulieren der Zufuhrrate des Bahnmaterials kann ein Antriebsteil oder ein Bremsteil oder auch eine Kombination der beiden sein, um eine ausgeglichene Steuerung der Spannungskraft und einer Widerstandskraft sicher zu stellen.
Weitere Merkmale der Vorrichtung zum Steuern der Spannung des Bahnmaterials sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Nach einem anderen Merkmal befasst sich die Erfindung speziell mit einer Abwickelvorrichtung, welche umfasst:

– wenigstens ein Bauteil zum Regulieren der Geschwindigkeit des Abwickelns des Bahnmaterials von einer Spule;
– eine zentrale Steuereinheit;
– eine Führungsrolle mit beweglicher Achse, über welche das Bahnmaterial läuft; und
– einen Positionswandler zur Erfassung der Position der Führungsrolle und zur Erzeugung eines Positionssignals zur Regulierung der Geschwindigkeit des Abwickelns des Bahnmaterials.

In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der genannten Art ist vorgesehen, dass: die Führungsrolle in einer gesteuerten Position gehalten wird; dass der Führungsrolle wenigstens ein Fühler zur Erfassung einer Last zugeordnet ist, die von dem Bahnmaterial auf die Führungsrolle ausgeübt wird; dass die Bewegung der Führungsrolle von einem Betätiger entsprechend einem Rückkopplungssignal gesteuert wird, das von dem Fühler erzeugt wird, wobei der Betätiger derart gesteuert wird, dass Schwankungen in der Last durch Bewegen der Achse der Führungsrolle ausgeglichen werden; und das Bauteil zum Regulieren der Geschwindigkeit des Bahnmaterials durch die zentrale Steuereinheit entsprechend dem Positionssignal gesteuert wird, um die Achse der Führungsrolle in einer Position zu halten, die im Mittel konstant ist.
Bei einer Vorrichtung dieser Art wird die Regulierung der Geschwindigkeit des Abwickelns von der Spule oder die Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials nur durchgeführt, wenn eine Tendenz dafür besteht, dass die Führungsrolle sich aus einer mittleren Position weg bewegt. Die Regulierung wird somit auf der Basis eines Rückkopplungssignals durchgeführt, das beispielsweise durch die zeitliche Integration der Positionen der Führungsrolle und folglich besonders stabil erhalten wird. Trotz der Langsamkeit der möglichen Variation der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials ermöglicht die Vorrichtung eine genaue Steuerung der Spannung aufgrund der Bewegung der Führungsrolle, die durch den Betätiger auf der Basis der auf dem Material selbst festgestellten Spannung in positiver Weise gesteuert wird. Das Steuersystem interveniert rechtzeitig und ohne Verzögerung und überwindet somit das Trägheitsmoment der traditionellen Systeme, die die Position der Führungsrolle durch direkte Einwirkung auf die Rotationsgeschwindigkeit der Spule oder auf die Zuführrate des Bahnmaterials korrigieren.
Allgemein gesprochen kann das Bauteil zur Regulierung der Geschwindigkeit des Bahnmaterials ein motorgetriebenes Bauteil sein, was das Abwickeln des Bahnmaterials durch Aufbringen einer Zugkraft auf das Material selbst in einem Abschnitt, in welchem es selbst bereits abgewickelt ist, bewirkt, beispielsweise mittels eines Paares von motorgetriebenen Antriebszylindern, die längs des Weges des Abwickelns des Bahnmaterials angeordnet sind.
Vorzugsweise jedoch wirkt das Bauteil zum Regulieren der Geschwindigkeit des Bahnmaterials, wenn das Bahnmaterial von einer Spule abgewickelt wird, direkt auf die Spule, und zwar axial und/oder peripher. Beispielsweise kann es ein oder mehrere Rollen oder Zylinder zum Lagern der Spule umfassen, die durch Drehen das Abwickeln bewirken, oder ein oder mehrere Gurte zum Abwickeln aufweisen, die in Kontakt mit und gegen die Außenfläche der Spule angepasst sind, entweder oberhalb der Spule oder unterhalb derselben. Alternativ können auch Bauteile vorgesehen sein, die das notwendige Drehmoment auf die Spule axial übertragen, das heißt über eine zentrale Spindel, oder es können Lösungen eines Mischtyps oder eines kombinierten Typs vorgesehen sein. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Bahnmaterial durch eine Zugkraft abgewickelt werden, die mittels eines Traktionsteils ausgeübt wird, und die Spule kann durch ein Bremsteil gebremst werden, das durch die Steuereinheit zur Modifizierung der Zuführrate des Bahnmaterials gesteuert wird. In diesem Fall ist daher das Bauteil zum Regulieren der Zuführgeschwindigkeit des Bahnmaterials durch ein Bremsteil gebildet, statt durch ein motorgetriebenes Bauteil.
Die Führungsrolle kann auf irgendeine geeignete Weise gelagert werden, vorausgesetzt, dass es einerseits möglich ist, sie in einer gesteuerten Position zu halten und andererseits ihre Bewegung möglich wird, das heißt die Verlagerung der Drehachse zur Modifizierung des Weges des Bahnmaterials, welches über sie läuft, mit dem Zweck, zeitlich begrenzte Schwankungen in der Spannung auszugleichen. Es kann beispielsweise möglich sein, eine Führungsrolle zu verwenden, die auf Schlitten befestigt ist, die längs einer geradlinigen oder gebogenen Führung beweglich sind, mit einem Positionswandler zur Feststellung der Position der Rolle längs der Führung.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern der Spannung und der Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung wird die Führungsrolle durch Schwingarme gelagert, die um eine Schwingachse oszillieren können, die parallel zur Achse der Führungsrolle sich erstreckt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beschäftigt sie sich auch mit einem Verfahren zum Abwickeln eines Bahnmaterials von einer Spule, bei welchem das Bahnmaterial über eine Führungsrolle geführt wird, die eine bewegliche Drehachse besitzt und in der die Geschwindigkeit des Abwickelns des Bahnmaterials von der Spule entsprechend der Verlagerung der Führungsrolle gesteuert wird. Erfindungsgemäß ist charakteristisch, dass

– die Führungsrolle in einer gesteuerten Position gehalten wird;
– die vom Bahnmaterial auf die Führungsrolle ausgeübte Last erfasst wird;
– die Position der Achse der Führungsrolle positiv durch einen Betätiger gesteuert wird, um mit einer Verlagerung der Führungsrolle eine Variation der Last zu kompensieren; und
– Variationen der mittleren Position der Achse der Führungsrolle durch modifizieren der Abwickelgeschwindigkeit des Bahnmaterials von der Spule ausgeglichen werden.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Rückkopplungssignal entsprechend der Last auf die Führungsrolle erzeugt und die Bewegung der Führungsrolle entsprechend dem Rückkopplungssignal gesteuert.
Um eine stabile Rückkopplung auf die Abwickelgeschwindigkeit des Bahnmaterials zu erhalten, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Position der Achse der Führungsrolle über ein Zeitintervall integriert wird; dass die mittlere Position der Achse berechnet wird; und dass die Abwickelgeschwindigkeit des Bahnmaterials von der Spule so modifiziert wird, dass die mittlere Position innerhalb eines vorgegebenen Intervalls verbleibt.
Nach einem allgemeineren Merkmal befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Steuern der Spannung eines Bahnmaterials, welches aus einem ersten Abschnitt ankommt und längs eines Vorschubweges einem zweiten Abschnitt eines Systems zugeführt wird, wobei das Bahnmaterial über eine Führungsrolle mit beweglicher Rotationsachse läuft und wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials längs des Weges entsprechend der Verlagerung der Führungsrolle gesteuert wird, wobei erfindungsgemäß charakteristischerweise vorgesehen wird:

– dass die Führungsrolle in einer gesteuerten Position gehalten wird;
– dass eine Last, die von dem Bahnmaterial auf die Führungsrolle ausgeübt wird erfasst wird;
– dass die Position der Achse der Führungsrolle in positiver Weise durch einen Betätiger gesteuert wird, um mit einer Verlagerung der Führungsrolle eine Variation der Last auszugleichen; und
– dass die Variationen der mittleren Position der Achse der Führungsrolle durch Modifizierung der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials längs des Weges kompensiert werden.

Die Erfindung beschäftigt sich auch mit einer Produktionslinie zur Transformation eines Bahnmaterials mit wenigstens zwei Abschnitten oder Stationen, die hintereinander angeordnet sind, zwischen denen eine Vorrichtung zum Steuern der Spannung des Bahnmaterials angeordnet ist, und die, wie oben beschrieben, arbeitet.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Kurze Bezeichnung der Figuren
Ein besseres Verständnis der Erfindung wird sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Figuren ergeben, die ein praktisches nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern. In den Figuren, in denen Teile gleicher Art mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigen:
1: eine schematische Seitenansicht einer Abwickelvorrichtung, an der eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist;
2: ein Blockdiagramm der Vorrichtung;
3: eine grafische Darstellung des Trends der Winkelposition des Haltearms der Führungsrolle über die Zeit in einem ersten möglichen Operationsmodus;
4: eine grafische Darstellung über den Trend der Winkelposition des Haltearms der Führungsrolle über die Zeit in einem zweiten möglichen Operationsmodus;
5: ein Diagramm einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abwicklers;
6: ein Diagramm einer beispielhaften Verarbeitungslinie mit drei Abschnitten in Folge und zwei Vorrichtungen zum Steuern der Spannung, die zwischen den Abschnitten angeordnet ist; und
7: einen Querschnitt eines Haltezapfens für die Führungsrolle mit entsprechenden Sensoren zur Erfassung der Last, die von dem Bahnmaterial ausgeübt wird.
Ins Einzelne gehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Anhand der 1 bis 4 wird das der Erfindung zugrunde liegende Konzept in seiner Anwendung auf einer Abwickelvorrichtung zum Abwickeln einer Spule aus Bahnmaterial und Zufuhr des Materials zu einem Abschnitt erläutert, der abstromseitig zum Abwickler angeordnet ist.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines möglichen Abwicklers, an dem die erfindungsgemäße Vorrichtung angebracht ist. Der Abwickler hat ein Lager 1 für eine Spule B aus Bahnmaterial, das abgewickelt werden soll, wobei das Bahnmaterial N auf einem zentralen Kern A aufgewickelt ist. Das Lager 1 umfasst in diesem Beispiel einen Schlitten, der senkrecht zur Ebene der Figur beweglich ist und der innerhalb einer festen Struktur 3 lokalisiert ist, welche einen Weg zum Abwickeln des Bahnmaterials definiert und auf dem ein motorgetriebenes Bauteil gelagert ist, welches die Spule B zur Drehung um ihre eigene Achse veranlasst.
Das motorgetriebene Bauteil ist als Ganzes bei 5 angegeben. Es ist in 7 an die feste Struktur 1 angelenkt und umfasst mehrere Gurte 17, die über Rollen 11, 13, 15 laufen, von denen die Rolle 11 im dargestellten Beispiel mittels eines Motors 12 angetrieben ist. Das motorgetriebene Bauteil ist mit nicht näher beschriebenen Mitteln ausgerüstet, die die Gurte 17 in Kontakt mit der Peripherie der Spule B halten.
Längs des Weges des Bahnmaterials N ist eine Führungsrolle 31 angeordnet und von Armen 33 getragen, die an einer Achse 35, die sich parallel zur Drehachse der Führungsrolle erstreckt und fest an der festen Struktur 3 sitzt, angelenkt sind.
Wie speziell das Blockdiagramm der 2 zeigt, sind den Lagern der Rolle 31 Lastsensoren, beispielsweise Lastzellen zugeordnet, die als Ganzes mit 37 bezeichnet sind. Den Armen 33 ist ein Dekodierer oder ein anderer Winkelpositionswandler 39 zugeordnet, welcher die Winkelposition der Arme 33 und die entsprechenden Verlagerungen um die Achse 35 erfassen. Die Arme zum Lagern der Rolle 31 werden in einer gesteuerten Position gehalten, das heißt sie sind im Wesentlichen unbeweglich, durch einen ihnen zugeordneten Betätiger. Auf diese Weise ist die Führungsrolle nicht frei, unter der Wirkung der von dem Bahnmaterial ausgeübten Spannung zu schwingen und folglich können die Lastzellen 37 eine Reaktionskraft auf die Lager für die Rolle 31 erfassen, welche von der Spannung des Bahnmaterials abhängt.
Die Lastzellen 37 und der Winkelpositionswandler 39 sind mit einer Steuereinheit 41 verbunden. Diese nimmt am Eingang von den Lastzellen 37 ein Signal auf, das proportional zur Reaktionskraft auf die Lager der Führungsrolle 31 ist, sowie von dem Wandler 39 ein Signal, welches die Winkelposition der Arme 33 angibt.
Die zentrale Steuereinheit 41 ist ihrerseits mit einem Motor 43 oder anderen geeigneten Betätigern verbunden, die einerseits die Arme 33 und damit die Rolle 31 in einer gesteuerten Position immobil halten und andererseits (unter Steuerung der zentralen Steuereinheit 41) die Bewegung der Schwingung der Arme 33 in noch zu erläuternder Weise und noch zu erläuternden Zwecken steuern. Die zentrale Steuereinheit 41 ist weiterhin mit dem Motor 12 verbunden, der die Gurte 17 des motorgetriebenen Bauteils 5 und die Abwickelgeschwindigkeit nach den gleichen Kriterien, die noch erläutert werden, steuert.
In bekannten Systemen bewegt sich die Führungsrolle 31 oszillierend um die Achse 35 als Ergebnis der Variation der Spannung des Bahnmaterials N und die Winkelposition der Arme 33, erfasst von dem Dekodierer oder Winkelpositionswandler 39, bestimmt ein Rückkopplungssignal, das den Motor 12 beschleunigt oder verlangsamt, um die ursprüngliche Position der Arme 33 und damit der Rolle 31 wieder herzustellen.
Erfindungsgemäß jedoch werden die Arme 33 stationär gehalten, bis der Motor 43 betätigt wird. Eine Variation in der Spannung im Bahnmaterial N, beispielsweise aufgrund einer Deformation der Spule B, bewirkt folglich eine Variation der von Lastzellen 37 festgestellten Last. Die letzteren erzeugen ein Rückkopplungssignal entsprechend der erfassten Spannung, welches durch die zentrale Steuereinheit 41 eine Betätigung des Motors 43 bewirkt. In der praktischen Ausführung bewirkt der Motor 43 oder ein diesem äquivalenter Betätiger in Abhängigkeit auf einen Anstieg oder eine Reduzierung der Spannung im Bahnmaterial N eine Schwingung der Arme 33. Die Schwingbewegung wird nicht direkt durch die vom Bahnmaterial ausgeübte Kraft, sonder stattdessen durch eine positive Steuerung gesteuert ausgeübt.
Wenn die Variation in der Spannung beispielsweise eine zyklische Variation aufgrund einer Unrundheit der Spule ist, das heißt aufgrund einer ovalen oder elliptischen Form des Querschnitts der Spule selbst, variiert die Position der Arme 33 zyklisch, aber die mittlere Position bleibt im Wesentlichen unverändert. Das vom Positionswandler 39 erzeugte Positionssignal bleibt im Mittel konstant.
Diese Situation ist in dem Grafen der 3 dargestellt, wo auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate α abgetragen ist, der die Winkelposition der Arme 33 repräsentiert. Das Symbol α_m stellt die mittlere Position dar, beispielsweise gemäß welcher die Arme 33 horizontal sind.
Eine periodische Schwingung entsprechend der Kurve F der Spannung im Bahnmaterial bewirkt eine Schwingung mit einem Trend, der im Wesentlichen der gleiche ist, in dem von den Lastzellen 37 erzeugten Signal und folglich eine Schwingung, die positiv durch den Motor 43 gesteuert wird, was die periodische Variation der Spannung kompensieren will. Die Schwingung der Arme 33 ist durch die Kurve α angegeben.
Die Winkelposition der Arme wird von dem Winkelpositionswandler 39 erfasst. Wenn aus irgendeinem Grund die mittlere Position der Arme 33 sich zu verändern trachtet und damit von der mittleren Position α_m abweicht, dann wird dieser Umstand von der zentralen Steuereinheit 41 festgestellt, die auf der Basis des vom Wandler 39 kommenden Positionssignals ein Steuersignal für den Motor 12 erzeugt. Das Signal ist derart, dass es eine graduelle Beschleunigung oder eine graduelle Verlangsamung der Gurte 17 und damit der Spule B bewirkt, und damit den Drift der mittleren Position der Arme 33 bezüglich der voreingestellten mittleren Position α_m ausgleicht.
Der Graf der 4 stellt schematisch eine Situation dar, die die Intervention der Korrektur auf die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 12 und damit der Spule B erfordert. Wie man aus dem Grafen erkennen kann, variiert der mittlere Wert der Kurve α mit der Zeit. Das Verhältnis zwischen dem Integral der Funktion α(t) und des Integrationszeitintervalls bleibt nicht konstant, sondern neigt (in dem dargestellten Beispiel) dazu, anzusteigen.
Wenn man annimmt, dass der Winkel α in Uhrzeigerrichtung gemessen wird, wenn der Mittelwert einen oberen Schwellwert α_s1 überschreitet, interveniert die Vorrichtung mit einer Beschleunigung des Motors 12. Dies bewirkt ein graduelles Absinken der mittleren Position der Arme 33, bis die voreingestellte mittlere Position α_m erreicht ist. Wenn der untere Schwellwert α_s2 unterschritten ist, bewirkt dies eine entgegengesetzte Reaktion des Systems mit einer Verlangsamung des Motors 12 und damit der Spule B.
Aus der vorstehenden Beschreibung entnimmt man leicht, dass die auf diese Weise ausgeübte Steuerung eine Reduktion der Interventionen der Beschleunigung oder Verlangsamung der Spule B zu einem Minimum ermöglicht und insgesamt eine Variation in der Winkelgeschwindigkeit der Spule ermöglicht, die sehr langsam verläuft mit daraus folgenden Vorteilen für das Trägheitsmoment. Das System ist stabil soweit als irgendwelche periodische Schwingungen mit der Spannung des Bahnmaterials durch den Motor 43 kompensiert werden ohne Eingriffe auf die Abwickelgeschwindigkeit des Bahnmaterials, wohingegen nur dann, wenn die mittlere Position der Arme 33 dazu neigt, aus dem voreingestellten Wert abzuweichen, es notwendig ist, mit geeignet langen Zeitintervallen auf die Rotationsgeschwindigkeit der Spule B einzuwirken.
5 erläutert ein Diagramm ähnlich dem Diagramm von 2 eines Abwicklers, bei dem das Abwickeln von der Spule B durch ein Aufbringen von Zugkraft auf das Bahnmaterial erhalten wird, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials mittels eines Bremsbauteils anstatt durch ein motorgetriebenes Bauteil reguliert wird. Gleiche Teile oder äquivalente Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie jene aus 2. Der Abwickler 5 umfasst in diesem Fall ein Bremsteil 12X, welches ein Bremsdrehmoment auf die Achse der Spule B ausübt. Das Bremsteil 12X ist mit der zentralen Steuereinheit 41 verbunden. Das Bahnmaterial wird durch Ausüben einer Zugkraft mittels eines Paares von motorgetriebenen Antriebszylindern 14 abgewickelt, die durch einen Motor 16 angetrieben sind. Auch die letzteren können mit der zentralen Steuereinheit verbunden sein. Das Ziehen des Bahnmaterials kann auch durch Bauteile der Maschine oder Station erreicht werden, die abstromseitig vom Abwickler lokalisiert sind, statt durch Mittel eines besonders vorgesehenen Paares von motorgetriebenen Antriebszylindern.
Die Vorrichtung arbeitet in ähnlicher Weise, wie das vorstehend erläutert worden ist mit dem Unterschied, dass die mögliche Abweichung der mittleren Position der Arme 33 von einer voreingestellten Position mittels der zentralen Steuereinheit 41 ein Steuersignal an das Bremsteil 12X bestimmt, das das Widerstandsdrehmoment, welches zur Reduzierung oder zur Erhöhung der Zuführgeschwindigkeit des Bahnmaterials N angewandt wird, entsprechend den gleichen Modalitäten verändert, die vorstehend beschrieben worden sind.
6 ist eine stark schematisierte Erläuterung einer weiteren Anwendung des der Erfindung zugrunde liegenden Konzepts, auf eine Transformationslinie 51 mit drei Abschnitten 53, 55, 57 in Sequenz längs des Weges des Bahnmaterials N. Jeder Abschnitt 53, 55, 57 kann irgendeine Art Maschine umfassen, die mit einer festen oder variablen Geschwindigkeit auf das Bahnmaterial N einwirkt. Zwischen den Stationen oder Abschnitten 53, 55 und zwischen den Abschnitten 55 und 57 sind jeweils Vorrichtungen zum Steuern der Spannung des Bahnmaterials angeordnet, die mit 61 und 63 bezeichnet sind. Jede dieser Vorrichtungen umfasst ein Paar von Schwingarmen 33, die entsprechend der Führungsrollen 31 das Bahnmaterial N tragen. Jedes Paar von Armen wird in einer von einem Betätiger 43 gesteuerten Winkelposition gehalten und die Winkelposition wird von einem Wandler 39 erfasst. Den Lagern der Rollen 31 sind Lastzellen 37 zugeordnet zur Erfassung der Reaktionskraft, die vom Bahnmaterial auf die Rollen 31 ausgeübt wird.
Die den beiden Rollen 31 zugeordneten Lastzellen wie auch die jeweiligen Positionswandler 39 und die Betätiger 43 sind mit einer zentralen Steuereinheit 41 verbunden, mit der auch die drei Abschnitte 53, 55, 57 der Linie 51 verbunden sind. Vermöge der Betätiger 43 steuert die zentrale Steuereinheit entsprechend den von den Lastzellen 37 kommenden Signalen die Schwingbewegung der Rollen zur Konstanthaltung der Spannung entsprechend der gleichen Prozedur, die für den Abwickler gemäß 1 bis 4 beschrieben worden ist. Die über die Zeit gemittelte Position der Arme 33 wird von der zentralen Steuereinheit 41 berechnet, die daraufhin (wenn notwendig) ein Korrektursignal für die Ausgangsgeschwindigkeit des Bahnmaterials aus dem Abschnitt auf der Aufstromseite oder der Eingangsgeschwindigkeit des Bahnmaterials in den abstromseitigen Abschnitt bezüglich der Steuervorrichtung 61, 63 erzeugen kann, deren Führungsrollen von der voreingestellten Position bezüglich der mittleren Position sich weg bewegen.
Die Steuereinheiten 61, 63 können auch die Funktion eines Konstanthaltens der Spannung des Bahnmaterials im jeweiligen Abschnitt des Zufuhrweges haben, wenn der aufstromseitige Abschnitt das Material selbst mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit liefert und der abstromseitige Abschnitt das Bahnmaterial mit einer zyklischen Geschwindigkeitsvariation absorbiert, oder umgekehrt. In diesem Fall wird die zyklische Variation der Spannung des Bahnmaterials, das aus der Geschwindigkeitsvariation, mit welcher das Bahnmaterial durch den abstromseitigen Abschnitt absorbiert wird (oder von dem aufstromseitigen Abschnitt ausgegeben wird) kompensiert durch die gesteuerte Schwingung der entsprechenden Führungsrolle, ohne die konstante oder im Wesentlichen konstante Ausgangsrate des Bahnmaterials durch den aufstromseitigen Abschnitt zu modifizieren (oder die Absorptionsgeschwindigkeit des abstromseitigen Abschnittes).
7 stellt eine schematische Erläuterung einer Ausführungsform von einem der beiden Endlager der Führungsrolle 31 in irgendeiner der soweit beschriebenen Ausführungsformen dar. Das Lager wird durch einen Zapfen 101 gebildet, der mit dem jeweiligen Arm 33 gekoppelt ist, und auf dem ein Lager 103 zum Lagern der Führungsrolle 31 sitzt. Der Zapfen 101 hat eine quer verlaufende Durchgangsbohrung 105, die sich orthogonal zu dem Zapfen erstreckt, und mit einer Achse, die orthogonal zur Richtung der resultierenden Kraft F der von dem Lager 103 ausgeübten Kräfte weist. Innerhalb der Öffnung 105 sind zwei Lastzellen einander gegenüber angeordnet, die mit 37A und 37B bezeichnet sind. Die Orientierung der resultierenden Kraft F bezüglich der Achse der Öffnung 105 und bezüglich der Position der Lastzellen 37A, 37B ist derart, dass die letzteren selbst sehr kleine Biegedeformationen des Zapfens 101 aufgrund der Variation der resultierenden Kraft F erfassen können, und damit in Praxis von der Spannung auf das Bahnmaterial.
Selbstverständlich zeigen die Figuren lediglich eine praktische Ausführungsform der Erfindung, die in Formen und Anordnungen variieren kann, ohne dass dadurch aus dem Schutzbereich des der Erfindung zugrunde liegenden Konzepts abgewichen wird. Das mögliche Vorhandensein von Bezugszeichen in den beigefügten Ansprüchen dient lediglich der Erleichterung des Lesens derselben im Lichte der vorstehenden Beschreibung und der beigefügten Figuren und soll in keiner Weise den Schutzbereich, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, beschränken.

Claims

Steuervorrichtung für die Spannung eines bahnartigen Materials (N), welches aus einer ersten Station (53) ankommt und einer zweiten Station (55) eines Systems (51) zugeführt wird, welche umfasst: wenigstens ein Bauteil (12; 12X) zum Regulieren der Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials längs eines Zufuhrweges zwischen der ersten und der zweiten Station; eine zentrale Steuereinheit (41); längs des Weges des bahnartigen Materials (N), eine Führungsrolle (31) mit beweglicher Achse, über die das bahnartige Material läuft; und einen Positionswandler (39) zur Erfassung der Position der Führungsrolle (31) und zur Erzeugung eines Positionssignals zur Steuerung der Geschwindigkeit des bahnartigen Materials; wobei die Führungsrolle (31) in einer gesteuerten Position gehalten ist und der wenigstens ein Fühler (37) zur Erfassung einer Last (F), die von dem bahnartigen Material (N) auf die Führungsrolle (31) ausgeübt wird, zugeordnet ist; und wobei ein Betätiger (43) die Verlagerung der Führungsrolle entsprechend einem von dem Fühler (37) erzeugten Rückkopplungssignal steuert, und der Betätiger derart gesteuert ist, dass Variationen der Last, die die Achse der Führungsrolle bewegen, ausgeglichen werden; und wobei das zur Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials (5) vorgesehene Bauteil durch die zentrale Steuereinheit (41) entsprechend dem Positionssignal derart gesteuert wird, dass die Achse der Führungsrolle (31) in einer Position gehalten wird, die im Mittel konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit, basierend auf dem Positionssignal aus dem Wandler, den zeitlichen Gang der Position der Achse der Führungsrolle bestimmt, und dass die Steuereinheit mittels des Bauteils zur Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials eine Variation der Geschwindigkeit des bahnartigen Materials veranlasst, wenn der Mittelwert der Position einen Schwellwert aus einer vorgegebenen Mittelposition (α_m) überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zum Regulieren der Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials ein Antriebsglied ist, welches eine Antriebskraft auf das bahnartige Material überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zum Regulieren der Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials ein Bremsglied ist, welches eine Bremskraft auf das bahnartige Materials ausübt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zum Regulieren der Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials auf eine Haspel einwirkt, auf welche das bahnartige Material aufgewickelt ist und von welcher das bahnartige Material bei einer Spannung abgewickelt wird, die durch die Vorrichtung gesteuert ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle von Schwingarmen (33) getragen ist, die um eine Schwingachse (35) schwingen, die parallel zur Achse der Führungsrolle sich erstreckt; dass der Positionswandler (39) die winkelmäßige Position der Arme erfasst und dass der Betätiger (43) die Schwingung der Arme um die Schwingachse steuert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (37) zur Erfassung der auf die Führungsrolle (31) durch das bahnartige Material (N) ausgeübten Last dem Lager der Führungsrolle zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Fühler (37) aufweist, die an den beiden Lagern der Führungsrolle angebracht sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fühler zur Erfassung der auf die Führungsrolle ausgeübten Last eine Lastzelle ist.
Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionswandler ein Winkelpositions-Wandler ist.
Wickelvorrichtung mit wenigstens einem Lager für eine Haspel (B) aus bahnartigem Material (N), welches abgewickelt und einer Station zugeführt werden soll, die abstromseitig der Wickelmaschine längs eines Systems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuervorrichtung zum Steuern der Spannung des bahnartigen Materials umfasst, das von der Haspel abgewickelt wird, entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1–9.
Verfahren zur Steuerung der Spannung eines bahnartigen Materials (N), das aus einem ersten Abschnitt (53) ankommt und längs eines Vorschubsweges zu einem zweiten Abschnitt (55) eines Systems (51) zugeführt wird, wobei das bahnartige Material (N) über eine Führungsrolle (31) mit einer mobilen Rotationsachse geführt wird, und wobei die Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials längs des Weges entsprechend der Verlagerung der Führungsrolle reguliert wird, mit folgenden Schritten: – Beibehalten der Führungsrolle in einer gesteuerten Position; – Erfassen einer auf die Führungsrolle von dem bahnartigen Material (N) ausgeübten Last; – mittels eines Betätigers (43) die Position der Achse der Führungsrolle positiv steuern, um mit einer Verlagerung der Führungsrolle Variationen der Last auszugleichen; – Ausgleichen von Variationen der mittleren Position der Achse der Führungsrolle (31) durch Modifizieren der Vorschubgeschwindigkeit des Bahnmaterials längs des Weges, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Achse der Führungsrolle über ein Zeitintervall integriert und die Mittelposition der Achse berechnet wird, und dass die Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials (N) längs des Weges zur Aufrechterhaltung der mittleren Position innerhalb eines vorgegebenen Intervalls modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückkopplungssignal entsprechend der Last erzeugt wird und dass die Bewegung der Führungsrolle entsprechend dem Rückkopplungssignal gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse der Führungsrolle um eine Schwingachse (35) winkelmäßig beweglich ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass das bahnartige Material von einer Haspel (B) in der ersten Station abgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit des bahnartigen Materials durch Einwirkung auf ein motorgetriebenes Bauteil modifiziert wird, welches die Haspel (B) zur Drehung antreibt.
Transformations-Linie für ein bahnartiges Material (N) mit wenigstens einer ersten Station und wenigstens einer zweiten Station, die sequenziell längs eines Vorschubweges des Bahnmaterials angeordnet sind, mit Mitteln zur Steuerung der Spannung des bahnartigen Materials längs des Vorschubweges, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Steuervorrichtung zum Steuern der Spannung des bahnartigen Materials entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1–10 aufweist.
Transformations-Linie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wickelmaschine in der ersten Station aufweist, wobei die Steuervorrichtung zum Steuern der Spannung des bahnartigen Materials die Spannung des bahnartigen Materials, das von der Wickelmaschine abgewickelt wird, steuert.
Transformations-Linie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass abstromseitig zu der Wickelmaschine eine Station vorgesehen ist, die eine Umwickelmaschine aufweist.