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Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlführung von Leitwalzen-
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antrieben an durchlaufenden Bahnen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von Leitwalzen bei durchlaufenden Bahnen,
wobei die Leitwalzen von Elektromotoren angetrieben werden.
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Bei Mehrmotorenantrieben für durchlaufende Bahnen haben Leitwalzen
die Aufgabe, die Bahn im freien Bereich zwischen den Klemmstellen unter Einhaltung
bestimmter Eigenschaften wie Länge, Dehnung oder Zugspannung, zu führen, ohne selbst
nennenswerte Kräfte auf die Bahn auszuüben.
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Um diese Forderung zu erfüllen, sind bisher verschiedene Antriebslösungen
eingesetzt worden.
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So werden bei dünnen Papieren und bei schnellaufenden Maschinen die
Leitwalzen mitunter durch einen Schnurantrieb angetrieben.
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Bei Gleichstromantrieben mit gemeinsamer Ankerspeisung werden die
Motoren der Leitwalzen mit einem Hilfsreihenschiußfeld ausgeführt, um eine weiche
Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik zu erzielen.
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Bei modernen Anlagen mit Einzel speisung der Antriebsmotoren und Drehzahlregelung
wird die statische Verstärkung des Drehzahlreglers entsprechend
einer
gewünschten Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik festgelgt.
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Bei den bekannten Lösungen mit weicher Charakteristik fällt die Drehzahl
vom Leerlaufpunkt linear ab. Damit läßt sich zwar für eine bestimmte Bahngeschwindigkeit
ein definierter Betriebspunkt einstellen; eine Änderung der Bahngeschwindigkeit
macht jedoch eine ì4achjustierung erforderlich (unter Berücksichtigung der Leerlaufverluste
des Antriebes).
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Ein weiterer nachteil dieser Lösung ist, daß bei höheren Geschwindigkeiten
zwischen Bahn und Leitwalze ein Luftpolster gebildet werden kann und dadurch der
Kraftschluß aufgehoben wird. Dadurch steigt die Drehzahl entsprechend der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik
an. Kommt es wieder zum Kraftschluß, dann muß die Leitwalze durch die Bahn abgebremst
werden; dies führt zu einer Zugbeanspruchung der Bahn.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die genannten Nachteile zu beseitigen
und dadurch die Bedienung erheblich einfacher zu gestalten als auch die Betriebssicherheit
wesentlich zu verbessern.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Drehzahl-Drehmoment-Verhalten
bei kleinen Momenten, die keine nennenswerten Kräfte auf die Bahn ausüben, steif
sein muß, bei größeren momenten jedoch weich sein sollte.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde,~ein Verfahren der
eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß unter Vermeidung der
Nachteile bekannter Verfahren das Verhalten der Regelung an die Gegebenheiten des
Bahntransportes und an die Bahneigenschaften besser angepaßt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die statische
Verstärkung der Regelung im 3ereich kleiner Drehzahlregelabweichungen einen einstellbaren
hohen Wert und bei größeren Regelabweichungen einen einstellbaren kleineren ert
hat und daß die Übergangsstelle zwischen großer und kleiner Verstärkung einstellbar
ist.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens
besteht erfindungsgemäß darin, daß die Regeleinrichtung eine nichtlineare Kennlinie
hat, die durch unterschiedliche Rückkopplungswerte bei Verstärkern
erreicht
wird. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2, 3,5 und 6 beschrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Figur 1 ein Diagramm des Stroms eines eine Leitwalze antreibenden
Elektromotors in Abhängigkeit von der Drehzahlregelabweichung; Figur 2 ein Diagramm
des Drehzahl-Drehmomentverhaltens der Drehzahlregeleinrichtung; Figur 3 ein Schaltbild
einer ersten Ausführungsform einer Drehzahlregeleinrichtung; Figur 4 ein Schaltbild
einer zweiten Ausführungsform einer Drehzahlregeleinrichtung, Figur 5 ein Schaltbild
einer dritten Ausführungsform einer Drehzahlregeleinrichtung.
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Eine Leitwalze für durchlaufende Bahnen, die nicht näher dargestellt
sind, wird von einem Elektromotor angetrieben, der vorzugsweise e-in Gleichstrommotor
ist. Der Gleichstrommotor ist an eine Drehzahlregeleinrichtung angeschlossen, deren
Charakteristik in dem Diagramm der Figur 1 dargestellt ist. Die Charakteristik ist
im generatorischen und motorischen Bereich gleich ausgebildet. Im folgenden wird
nur der motorische Bereich näher erläutert. Der Ankerstrom, der in Figur 1 mit i
bezeichnet ist, verläuft nichtlinear in Abhängigkeit von der Drehzahlregelabweichung
n5011 - n ist Die Kennlinie hat zwei lineare Bereiche 1, 2 mit unterschiedlichen
Steigungen. Die unterschiedlichen Steigungen ergeben sich daraus, daß die statische
Verstärkung der Regelung bei kleinen Drehzahlregelabweichungen einen hohen inert
hat, der einstellbar ist.
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Bei größeren Drehzahiregelabweichungen hat die statische Verstärkung
einen einstellbaren kleineren Wert. Die Kennlinien 1, 2 schneiden sich an einer
Übergangsstelle 3, die ebenfalls einstellbar ist.
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Die Übergangsstelle 3 richtet sich nach den festlegbaren Belastungswerten
der nicht näher dargestellten Bahn. Die Bahn hat häufig nur einen geringen
Umschlingungswinkel
auf der Leitwalze. Es kann vorkommen, daß sich die Bahn zeitweise von der Leitwalze
abhebt. Wenn die Bahn die Leitwalze wieder berührt, dürfen von der Walze ausgehende
Beanspruchungen der Bahn vorgebbare Werte nicht überschreiten. Bei Verlust des-
Kraftschlusses werden keine unzulässig hohen Drehzahlen der Leitwalze erreicht.
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Wenn die kraftschlüssige Verbindung zwischen Bahn und Leitwalze nicht
gelöst wird, paßt sich die Drehzahlregelung auch Änderungen der Bahngeschwindigkeit
so flexibel an, daß eine unzulässigen Beanspruchungen in der Bahn auftreten.
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Die Figur 2 zeigt die Drehzahl der Leitwalze, die formschlüssig mit
dem Gleichstrommotor verbunden ist, in Abhängigkeit vom Ausgangsmoment des Motors.
Bis zu einem eingestellten Moment ME hat die Drehzahlkennlinie einen Veriauf mit
geringer Neigung. Der Veriauf kann auch waagrecht sein, wenn die Kennlinie 1 in
Fig. 1 in Richtung der Stromachse verläuft. Ab dem Moment ME ist die neigung der
Kennlinie größer . Das Moment ME entspricht den Verlusten des Leitwalzenantriebs
unter Berücksichtigung einer zulässigen Bahnspannung. Der mit 4 bezeichnete Kennlinienteil
hat eine stärkere steigung, um die vom Antrieb ausgehenden Beanspruchungen der Bahn
bei größeren Schwankungen der Bahngeschwindigkeit gering zu halten, å. h.
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die Regelung paßt sich Änderungen der Bahngeschwindigkeit in dem Bereich
flexibel an, wo die Umschlingung zwischen Bahn und Leitwalze erhalten bleibt. In
dem mit 5 bezeichneten Kennlinienteil treten keine Schwierigkeiten auf, wenn die
kraftschlüssige Verbindung zwischen Leitwalze und Bahn kurzzeitig gelöst wird, da
die Leitwalze ihre Umfangsgeschwindigkeit nahezu beibehält. Wenn die 3berührung
wieder stattfindet, stimmen die Bahngeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit
weitgehend überein, so daß nur ganz geringe Beanspruchungen in der Bahn entstehen.
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Eine Regeleinrichtung 6 hat Eingänge 7, 8für jeweils dem Drehzahlsollwert
und dem Drehzahlistwert entsprechende Spannungen bzw. Ströme. Die Eingänge 7, 8
sind über nicht näher bezeichnete Widerstände mit einem Verstärker 9 verbunden,
der für die statische Verstärkung zwei Rückkopplungszweige hat. Im ersten Zweig
ist ein Widerstand 10 angeordnet, durchden die Kennlinie 1 festgelegt wird. Der
zweite Zweig enthält die Reihenschaltung eines weiteren liiderstandes 11 und einer
Zenerdiode 12. Die Zenerspannung der Zenerdiode 12 bestimmt die übergangsstelle
3. Der Ausgang
des Verstärkers 9 speist einen unterlagerten Stromregelkreis
13, dessen Ausgang die Stellgröße für den Motor erzeugt. Als Zenerdiode 12 sind
zwei gegenläufig gepolte Zenerdioden vorhanden. Sobald die Zenerspannung überschritten
ist, sind die beiden Widerstände 10, 11 parallel geschaltet, wobei sich die Neigung
der Kennlinie 2 gemäß Figur 1 ergibt.
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Es kann auch eine Regeleinrichtung ohne unterlagerte Stromregelung
verwendet werden. Dabei ist dem Verstärkereingang ein nichtlineares Glied vorzuschalten,
das in Abhängigkeit vom Motorstrom zwei Strombereiche mit unterschiedlichen Neigungen
hat.
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Es ist auch möglich, den in Figur 1 gezeigten Kennlinienverlauf unsymmetrisch
zu machen, indem in den Rückkopplungszweigen jeweils ein Widerstand und eine Zenerdiode
angeordnet sind, wobei in jedem Zweig noch eine Entkopplungsdiode vorhanden ist.
Gemäß Figur 4 sind im Rückkopplungszweig des Verstärkers 9 jeweils zwei Serienschaltungen
angeordnet, die je einen Widerstand 14- bzw. 17 und eine Diode 15 bzw. 16 aufweisen.
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Die Dioden 15, 16 sind über Widerstände 18, 19 auf einstellbare Spannungen
vorgespannt. Mit den einstellbaren Spannungen lassen sich die Übergangsstellen in
den Kennlinien 1, 2 bzw. 4, 5 ändern, wobei die übergangsstellen im generatorischen
und motorischen Bereich verschieden sein können.
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Eine weitere Regeleinrichtung 20 enthält zwei über Bewertungswiderstände
je an die Eingänge 7, 8 angeschlossene Verstärker 21, 22, deren Ausgänge über Bewertungswiderstände
23, 24 an einen dritten Verstärker 25 angeschlossen sind. Die statischen Verstärkungen
der Verstärker 21, 22 sind an die gewünschten Steigungen der Kennlinien 1 und 2
angepaßt. Die Übergangsstelle kann dadurch erreicht werden, daß die Ausgangsspannung
eines Verstärkers begrenzt wird, indem der Verstärker z. B. in die Sättigung gelangt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bewertungswiderstände 23, 24 unterschiedlich
zu dimensionieren. Dem Eingang des Verstärkers 25 sind Störgrößen aufgeschaltet,
die sich auf die Antriebsbeschleunigung, die drehzahlabhängigen und die drehzahlunabhängigen
Verluste beziehen.