JP4486813B2 - 接触ローラを作動する駆動装置及び駆動法 - Google Patents

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Description

本発明は、接触ローラを作動する駆動装置及び接触ローラを作動する駆動法に関するものである。
特にプラスチックフィルム製造では、従来延伸装置にて横方向及び縦方向に延伸されるプラスチックフィルムシートは、最後に巻き上げローラに巻き上げられる。巻き上げ工程の間、巻き上げられる巻筒の直径は、自動的に徐々に増大する。最も外側のフィルム層を巻き上げた巻筒上に押圧される接触ローラは、予め選択可能な圧力で巻き上げローラ又は巻き上げられた巻筒に接触する。
巻き上げ工程の間、巻筒は、少なくとも僅かに丸くなく、物理的に真円断面にならないので、接触ローラと巻筒との間に振動が発生し得る。この振動は、巻き上げ工程が更に不利に影響を受ける押圧力の変動になる。
従来より公知の巻き上げ装置では、巻き上げローラの最も外側のフィルム層に対する接触ローラの接触を保持するため、一般に二段階で運転が行なわれる。第一の段階の範囲では、全体の調整範囲に亘る新たな巻き上げの際の開始及び始動状態から巻筒を完全に巻き上げるまで、増大する巻き上げ直径に依存して長いストロークで接触ローラの移動が行なわれる。小さな距離及び例えばほぼ２０〜３０mmの大きさのみを制御するために、即ちこの範囲内で接触ローラの巻き上げローラに対する相対位置の微調整適合を実施するために、第一の段階に続く調整範囲に関する第二の段階が行なわれる。この段階では、空気式シリンダによって巻筒への固有の押圧力を発生することが多い。レバー機構及び油圧式ダンパーによって、巻筒への接触ローラの押圧力を適合化させてもよい。しかしながら、この場合、リンク部を複数部分から構成する装置では、運転期間により増大する遊びにより、作動寿命が不安定となる欠点が生ずる。
従って、下記特許文献１では、既に接触振動を減衰する駆動法及び駆動装置が提案されている。公開公報は、そのために、端面にてローラを軸受に保持し、その際少なくとも二つのローラが互いに把持部を構成する、抄紙機では回転するローラの接触振動を減衰する駆動法を説明する。接触ローラの接触振動を最小にするために、位相のずれた逆振動の形態の能動的励起が外部から直接的に又は間接的にローラの少なくとも一つの軸受部に作用する能動的減衰器が設けられる。これは、ローラの軸受部に作用する電磁的にも作動し得るアクチュエータにより行なわれ得る。その際、センサにより励磁を検知するが、その原理及び配置は説明されない。
能動的振動減衰器を設けたローラへの紙シートの巻き上げの駆動法及び駆動装置が、特に下記特許文献２からも知られている。第一の装置では、バネを介しての追加の質量の連結によって減衰を行ない、共鳴周波数の離調が可能である。第二の装置では、励起された振動に対して逆位相の振動が生ずるように追加の質量及びバネの同調器を構成し、有害な振動を全体として補償する。この場合、ガスシリンダをアクチュエータとして使用する。
ＤＥ１９６５２７６９ Ａ１号 ＥＰ０８１９６３８ Ａ３号
これに対して、本発明の課題は、極力振動がなく、巻き上げローラに巻き上げられるフィルムシートの最外層に極力最適に与えられる目標押圧力値で押圧される接触ローラを備え、特にプラスチックシートに対する接触ローラを作動する改良された駆動装置と駆動法及び／又は改良された巻き上げ設備又は巻き上げ装置を提供することにある。
本発明では、装置の上記課題は請求項１に記載する特徴部分により解決され、方法の上記課題は請求項１６に記載する特徴部分により解決される。有利な実施の形態を他の請求項に記載する。
本発明では、実際に明らかな利点を示す新規な方法を採用する。
特許文献１に基づいて構成される従来技術に対して、一般的に、古典的な位置調整の意味での減衰装置を実現するだけでなく、固有の検知可能な又は測定可能な接触ローラの接触圧力を修正する信号重畳の意味での物理量に依存して、全巻き上げ工程の間に改良された接触圧力を保持するために、接触ローラを移動させるリニアモータ駆動装置の対抗制御を提案する。従って、本発明では、一般に接触ローラの振動状態に依存してリニアモータにより発生する接触ローラの押圧力を変化させて、極力同一の接触圧力を作用させる。このために、本発明では、リニアモータ駆動装置により調整可能な接触ローラでは、誘導片に対する被誘導片又は逆の実際に調整可能な行程をセンサ装置（検知手段）により検出する。これは、接触ローラが振動を発生する場合に、固定された誘導片に対する被誘導片の相対移動行程を後続して行うためである。そのため、力調整装置は、発生する速度値を目標値と比較して、その差を調整器に供給し、力調整装置の始動時に力の大きさを発生させる。また、この力の大きさを目標押圧力値に加算して、その出力を力調整器に供給する。その際、修正した力値及び修正した適合力を発生するために、最終的にリニアモータに対する出力電流値を発生する。
本発明では、リニアモータ駆動装置が二重機能を果たし得ることが特に有利であることが判明した。リニアモータ駆動装置は、最終的に、接触ローラの振動減衰装置として作用し、また同様に最適な押圧力を発生する押圧要素としても作用する。これは、従来技術に対する明らかな利点を示す。
更に、本発明では、実制御又は位置制御ではなく、力伝達調整装置を設ける。この力学的装置は、位置調整に対して、接触ローラの振動変動の１００%の最適な検出でない場合でも自己適合可能性が与えられる基本的な利点を示す。
その際、本発明による解決法の利点を下記に列挙する。
− 本発明では、アクチュエータにより押圧又は接触力及び減衰力を供給する。
− 近接領域及び遠隔領域にて単一の装置により接触ローラを調整する。
− 接触ローラの双方の軸受側で装置の作用は同一である。
− 本発明では、追加の不利な間隙が生じない。
− リニアモータの力は、一定のままであり、調整行程にも依存しない。
− 広い範囲で小さな時定数で押圧及び一定の力を調整できる。
− 広い範囲で短時間で減衰を調整できる。
− 短い行程及び調整行程でも有効な減衰が可能である。
− 本発明では、高い調整力学を実現できる。
− 押圧力の適合調整が可能である。
− 減衰の適合調整が可能である。
− 更に、実測値による更なる最適化を実行するために、例えばデータメモリ内に保存される現存知識も利用できる。
− 自動学習装置を実現できる。
− 近接及び広大調整の組み合わせを置換できる。
− 全装置を全体として高い剛性に置換できる。
本発明の実施の形態を以下より詳細に説明する。
図１は、センサ、アクチュエータ及び接触ローラを能動的に減衰する調整装置を備えた第一の装置を示す。図１は、下記にフィルムシート(3)とも指称するシート(3)を巻き上げる巻き上げローラ(1)の断面を示す。巻き上げ工程が進むにつれて、巻き上げローラ(1)上の巻筒(5)の直径が増大する。巻き上げを良好に行うために、巻き上げローラ(1)又は巻筒(5)の最も外側のシートの周面上に押圧される接触ローラ(7)が使用される。このために、巻き上げ工程中に増大する巻き上げ直径に適合して、一般に固定されて軸支される巻き上げローラ(1)に対し接触ローラ(7)を矢印(12)方向に調整可能でなければならない。
図示の実施の形態では、固定された誘導片（一次側片又は主部）(16)及び誘導片(16)に対して二重矢印(12)に従って調整可能である被誘導片（二次側片又は副部）(18)を含む例えばリニアモータ駆動装置(14)により巻筒(5)への押圧ローラ(7)の固有の押圧力が供給される。被誘導片(18)は、少なくとも間接的に接触ローラ(7)の軸受部(20)に作用するので、接触ローラ(7)は、リニアモータ駆動装置(14)又はその調整可能な被誘導片(18)によりガイド装置(22)に沿って巻き上げローラ(1)に対し進退自在に調整可能である。
被誘導片(18)の移動行程は、最終的に、被誘導片(18)と連結される距離測定装置(25)により検出される。
後段の力調整装置(400)では、力調整装置(400)内に設けられる微分器(27)は、被誘導片(18)と共に移動可能な距離測定装置(25)の行程(x)から、実速度(vist)を生成し、これを目標速度(vsoll)と比較して、微分器(27)の後段に配置された加算器(31)に出力する。図１に示す実施の形態では、微分器(27)の後段で加算器(31)の前にフィルタ装置特にハイパスフィルタ(28)を接続することが好ましい。簡略化された実施の形態では、微分器(27)の出力を加算器(31)の入力側に直接接続して、ハイパスフィルタ(28)を省略してもよい。
加算器(31)の後段に配置される調整器(32)では、実速度及び目標速度から生成された差が、予め与えられ得又は予め選択可能な尺度により、調整器(32)の出力に出る力の大きさを生成する。更に、この力の大きさ(F)は、後段に配置される加算器(33)にて同様に予め与えられ得る目標押圧力値(Fsoll)に加算される。
加算された出力は、力調整器(34)に供給される。しかしながら、少なくとも目標電流(iist)値が電流検出部(36)から所謂力調整器(34)に入力量として供給されるので、力調整器(34)は、また目標電流値(iist)を考慮して、ベクトル調整器(35)の力に関する予め与えられる値を検知し得る。更に、行程(x)、即ち被誘導片(18)に対する移動可能な誘導片(16)の調整行程値を力調整器(34)に入力量(37)として供給してもよい場合もある。
次に、ベクトル調整器(35)は、信号を分析して、位相を正しく変化させて、接触ローラ(7)の軸受及び接触ローラ(7)自体に対する最適な望ましい調整駆動を実施する始動電流(Imot)をリニアモータ(14)の誘導片(16)に供給する。
従って、装置は、接触ローラ(7)の軸受部(20)の速度に比例する成分と押圧力との重畳によって、補正しない状態に対する誘導片(16)と被誘導片(18)との間の相対運動を最小化し又は別法としてゼロにし、又は少なくともゼロになるように、有害な振動（相対振動又は距離変化）を回避しつつ、巻き上げローラ(1)又はその上に巻き上げられた巻筒(5)に対する移動可能な被誘導片(18)及び接触ローラ(7)の力を上昇し又は低下させることが好ましい。
更に、前記構成から、固定された誘導片(16)の機能方法及び作用と、被誘導片(18)の機能及び作用とを交換してもよいことが明らかである。
以下に、図２では、図１と同一の参照符号は同一の構成要素を示す。特に説明を加えない限り、図２の実施の形態による機能及び作用方法は、図１と同じである。
しかしながら、図２に示す実施の形態では、図１に示す実施の形態に加えて、被誘導片(18)の加速度を検出する加速度センサ(40)を設ける。加速度センサ(40)の加速度信号は、加速度(aist)から速度(vist)を計算する積分器(50)に供給される。その後、これは、再び図１と同様に処理される。
図２の実施の形態でも、図面とは異なり、少なくとも簡略化された実施の形態では、−図２による図面とは異なり−後方に接続する加算器(31)の入力に積分器(50)の出力を直接接続して、ハイパスフィルタ(28)を省略してもよい。
本発明による装置の第一の実施の形態を示すブロック図 図１とは異なる実施の形態を示すブロック図
符号の説明
(1)・・巻き上げローラ、 (3)・・シート（フィルムシート）、 (5)・・巻筒、 (7)・・接触ローラ、 (12)・・矢印、 (14)・・リニアモータ駆動装置、 (16)・・誘導片、 (18)・・被誘導片、 (20)・・軸受部、 (22)・・ガイド装置、 (25)・・距離測定装置、 (27)・・微分器、 (28)・・ハイパスフィルタ、 (31)・・加算器、 (32)・・調整器、 (33)・・加算器、 (34)・・調整器、 (35)・・ベクトル調整器、 (36)・・電流検出部、 (40)・・加速度センサ、 (50)・・積分器、 (400)・・力調整装置、

Claims (18)

  1. 接触ローラ(7)に作動連結され接触ローラ(7)に押圧力を作用させて接触ローラ(7)の位置を変更するリニアモータ駆動装置(14)と、
    リニアモータ駆動装置(14)を制御する力調整装置(400)と、
    力調整装置(400)に接続されて、力調整装置(400)から電流が供給されるリニアモータ駆動装置(14)の誘導片(16)と、
    接触ローラ(7)に接続されかつ少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)と、
    被誘導片(18)の対応する位置の実値を検出する位置センサ、被誘導片(18)の速度の実速度を検出する速度センサ又は被誘導片(18)の加速度の実加速度を検出する加速度センサを構成する検知手段とを備え、
    力調整装置(400)は、誘導片(16)に対する被誘導片(18)の検知手段からの位置の実値、実速度値又は実加速度値から導出可能な接触ローラ(7)の軸受部(20)の速度比例成分を予め決められた又は予め選択可能な押圧力に重畳して、巻き上げローラ(1)又は巻き上げローラ(1)上の巻筒(5)に対する接触ローラ(7)の接触力を修正し、
    一方で接触ローラ(7)に対する押圧力を発生させる押圧装置とし他方で接触ローラ(7)の振動減衰を調整する振動減衰装置として、力調整装置(400)によりリニアモータ駆動装置(14)を制御することを特徴とする接触ローラ(7)を作動する駆動装置。
  2. リニアモータ駆動装置(14)により接触ローラ(7)の軸受部(20)に押圧力を作用させる請求項１に記載の駆動装置。
  3. 押圧力を接触ローラ(7)に発生させる目標押圧力値(Fsoll)を、測定及び検出した被誘導片(18)の位置の実値、実速度値又は実加速度値(Xist,Vist,aist)に依存して修正できる加算手段(33)を力調整装置(400)に設けた請求項１又は２に記載の駆動装置。
  4. 少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の相対位置の実値(xist)から、少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の相対速度に関する実速度(vist)を導出する微分器(27)を力調整装置(400)に設けた請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動装置。
  5. 微分器(27)の後段に接続したフィルタを力調整装置(400)に設けた請求項４に記載の駆動装置。
  6. 少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対する被誘導片(18)の実加速度から、誘導片(16)に対する被誘導片(18)の相対速度に関する実速度(vist)を検出する積分器(50)を力調整装置(400)に設けた請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動装置。
  7. 積分器(50)の後段に接続したフィルタを力調整装置(400)に設けた請求項６に記載の駆動装置。
  8. フィルタは、ハイパスフィルタ(28)である請求項５又は７に記載の駆動装置。
  9. 予め与えられる目標速度(vsoll)に対して検出した被誘導片(18)の実速度(vist)を比較可能、修正可能、加算可能又は互いに減算可能な加算器(31)を力調整装置(400)に設けた請求項１〜８の何れか１項に記載の駆動装置。
  10. ハイパスフィルタ(28)を介して瀘波した被誘導片(18)の実速度(vist)を、予め与えられる目標速度(vsoll)に対して比較可能、修正可能、加算可能又は互いに減算可能な加算器(31)を力調整装置(400)に設けた請求項８又は９に記載の駆動装置。
  11. 予め与えられる目標速度(vsoll)と測定又は検出した実速度(vist)との差から、押圧力を調整可能な調整器(32)を力調整装置(400)に設けた請求項１〜１０の何れか１項に記載の駆動装置。
  12. 予め与えられる目標押圧力値(Fsoll)に対し検出した力の大きさ(F)を重畳、加算又は減算する加算器(33)を力調整装置(400)に設けた請求項１１に記載の駆動装置。
  13. 更に、少なくとも間接的に、予め与えられる目標押圧力値(Fsoll)、少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に関する位置、速度又は加速度に依存する量及び電流検出装置(36)内で測定又は検出可能で被誘導片(18)を移動させる目標電流(iist)を考慮して、移動可能な被誘導片(18)を制御する力調整器(34)を力調整装置(400)に設けた請求項１〜１２の何れか１項に記載の駆動装置。
  14. 力調整器(34)と、誘導片(16)に対する被誘導片(18)の調整行程を検出する距離測定装置(25)とを介して制御可能なベクトル調整器(35)を力調整装置(400)に設けた請求項１３に記載の駆動装置。
  15. ベクトル調整器(35)を介してリニアモータ駆動装置(14)を制御できる請求項１４に記載の駆動装置。
  16. リニアモータ駆動装置(14)を介して位置可変の接触ローラ(7)の位置を制御して変更し、
    一方で接触ローラ(7)の振動減衰を調整する振動減衰装置として、他方で接触ローラ(7)に対する押圧力を発生させる押圧装置としてリニアモータ駆動装置(14)を力調整装置(400)により制御し、
    位置センサ、速度センサ又は加速度センサを使用して、リニアモータ駆動装置(14)の少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の対応する位置の実値、実速度又は実加速度を検出し、
    誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の検知手段からの位置の実値、実速度値又は実加速度値から導出可能な接触ローラ(7)の軸受部(20)の速度比例成分を予め決められた又は予め選択可能な押圧力に重畳して、巻き上げローラ(1)の形態のローラ(1)又はローラ(1)上の巻筒(5)に対する接触ローラ(7)の接触力を力調整装置(400)により修正できることを特徴とする接触ローラ(7)を作動する駆動法。
  17. 押圧力を接触ローラ(7)に発生させる目標押圧力値(Fsoll)を、測定及び検出された位置の実値、実速度値又は実加速度値(Xist, Vist, aist)に依存して加算手段(33)で修正する請求項１６に記載の駆動法。
  18. 少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の相対位置の実値(xist)から、少なくとも相対的に固定された誘導片(16)に対して移動可能な被誘導片(18)の相対速度に関する実速度(vist)を導出する微分器(27)を使用する請求項１６又は１７に記載の駆動法。
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