DE3523353A1 - Elektronische wickellaengen-messeinrichtung mit auswertung - Google Patents

Description

Beim Auf- oder Abwickeln von Material - z. B. Papier, Folien, Textilien - ist es wichtig, die Materiallänge auf dem Wickel zu kennen. Beim Aufwickeln, um gleiche mindestens definierte Materialmengen einhalten zu können; beim Abwickeln von einer Vorratsrolle besonders, um eine verbleibende Restlänge und damit verbundenen Verlust zu beherrschen oder auch, um rechtzeitig einen Vorratsrollenwechsel vorzunehmen.

Beim Aufwickeln auf eine Rolle kann es noch gelingen, die Materiallänge auf dem Wickel durch einen Zählvorgang von Anfang an zu verfolgen, es sei denn, während des Aufwickelvorgangs werde Material in nicht festgehaltener Menge, aus welchen Grund auch immer, herausgeschnitten. Beim Abwickeln von einer Vorratsrolle reicht ein Zählvorgang allein in aller Regel für die Kenntnis der Restlänge nicht aus, weil schon die Anfangsmenge der frisch aufgesetzten Rolle nicht bekannt ist.

Nach der Erfindung wird die auf der Rolle befindliche Materiallänge - gleichgültig ob es sich um einen Aufwickel- oder Abwickelvorgang handelt; durch die Kombination zweier Messvorgänge bestimmt: einerseits aus einer im Zuge des Wickelvorganges einmal oder mehrmals durchgeführten Bestimmung des Absolutwerts der Materialmenge auf dem Wickel; andererseits aus einer Zählung der auflaufenden oder ablaufenden Materiallänge die zwischen den genannten (absoluten) Bestimmungsfolgen interpoliert.

Der Absolutwert der Materiallänge auf dem Wickel ergibt sich dabei aus dem Absolutwert des Wickel-Durchmessers und seiner Veränderung nach dem Ablauf einer bestimmten Anzahl von Wickelumdrehungen. Wegen der Notwendigkeit, eine Anzahl von Wickelumdrehungen in die Bestimmung einzubeziehen, kann sie nicht in beliebig feinen Schritten erfolgen, sondern nur in den bestimmten Intervallen. Dazwischen interpoliert der kontinuierliche Längenzähler.

Dadurch ergibt sich eine stets wirklichkeitsgetreue Information über die tatsächlich auf dem Wickel vorhandene Materialmenge; nutzbar zur Einleitung von Schaltvorgängen für den Wickel selbst, zur Einleitung von Bremsvorgängen für das rechtzeitige Anhalten, zur Vorbereitung eines Rollenwechsels oder zur Geschwindigkeitsregelung im Hinblick auf konstante Bahngeschwindigkeit bzw. zu ihrer stetigen Herabsetzung, um bei einer möglichst kleinen Abwickel-Restlänge zum Stillstand zu kommen.

Wesentliche Voraussetzung für das Verfahren ist die Messung des tatsächlichen Durchmessers des Wickels, unabhängig von seinem Zustandekommen und seinem Aufbau. Hierzu kann die Messung des Verhältnisses zwischen der Drehzahl einer Mess- oder (Umlenk-) Rolle bekannten Durchmessers und des Wickels selbst dienen. Die Drehzahlen stehen im umgekehrten Verhältnis beider Durchmesser zueinander, so daß sich damit ohne weiteres auf den Wickel-Durchmesser schliessen lässt. Das Drehzahlverhältnis und damit der unbekannte Wickeldurchmesser lässt sich mit digitalem Zählverfahren ohne Schwierigkeiten und mit wählbarer Genauigkeit ermitteln. Mit dem Wickeldorn, und mit der Messrolle bekannten Durchmessers D _M ist je ein Impulsgeber verbunden. Bei einer Fahrgeschwindigkeit v wird der Geber an der Messrolle die Impulsfrequenz f _M = v/D _M liefern, während sich der Wickel mit der Frequenz f _W = v/D _W dreht.

Die Messung des Frequenzverhältnisses f _M /f _W (einfach beispielsweise dadurch möglich, dass die Frequenz f _M während einer Messperiode gezählt wird, deren Dauer einer vorgewählten Anzahl von Impulsen aus f _W entspricht) ergibt demnach f _M /f _W = D _W /D _M . Nachdem D _M bekannt ist, lässt sich der Wickeldurchmesser D _W jederzeit angeben. Vorzugsweise wird die Messung über eine volle Wickelumdrehung, oder ein vielfaches hiervon erstreckt, weil sich damit umlaufperiodische Ungleichförmigkeiten im Wickelaufbau aufheben.

Die Materiallänge L, die sich auf dem Wickel befindet, ergibt sich aus der Gleichsetzung des zugehörigen Materialquerschnitts s · L (s = Materialdicke) mit dem Wickelquerschnitt π/4 · (D _W ² - D _i ²). (D _i = Durchmesser der Hülse, auf die sich der Wickel aufbaut).

Die Breite des Wickels ist dabei als konstant vorausgesetzt.

Die Materialstärke s (genauer, und hier die wesentliche Grösse, die Durchmesseränderung pro Wickelumdrehung) lässt sich aus der Differenz zweier Durchmesser ermitteln, zwischen denen eine (gezählte) Anzahl von Wickelumdrehungen liegt (Bestimmungsintervall).

Ist die auf einem Wickel vorhandene Materiallänge L in der beschriebenen Weise ermittelt, ist es mit einfachen üblichen Zählverfahren ohne weiteres möglich, hiervon die ablaufende Länge abzuzählen (oder die auflaufende Länge hinzuzählen). Die hierzu notwendige inkrementale Information liefern die ohnehin vorliegenden Impulse von der Mess (-Umlenk) Rolle bekannten Durchmessers. Um Inhomogenitäten im Wickelaufbau Rechnung zu tragen (z. B. allmähliche Änderung in der Wickeldichte), wird die Bestimmung der Länge L zweckmässig im Zuge eines Auf- oder Abwickelvorgangs durchgeführt, und dann der Stand des Längenzählers entsprechend korrigiert. Dazwischen interpoliert er, kontinuierlich zählend, mit empfangenen Längen-Zählschritten, so dass er die Wickellänge L jederzeit in der gewünschten feinen Messauflösung darstellt. Die Korrektur kann spontan erfolgen, indem der Zähler auf den neuen Wert gesetzt wird, oder auch, indem man seine Zählschritte durch Steuerung eines ihm vorgeschalteten Impulszahlteilers messwertabhängig beeinflusst.

Es wäre nicht möglich, die Ermittlung über die Materiallänge allein auf der Messung von Durchmesser und Durchmesserabnahme auzubauen; deswegen nicht, weil notwendigerweise aus Gründen der Messgenauigkeit eine bestimmte Durchmesserabnahme zugrundegelegt werden muss, und weil auch die Durchmessererfassung zweckmässig über mehrere Umdrehungen ausgedehnt wird, um aussagefähige stabile Messwerte zu erhalten. Inzwischen würde schon zu viel Material auf- bzw. ablaufen, und eine Reaktion käme zu spät. Erst die Kombination mit der interpolierenden Zählung liefert die Information in der benötigten Genauigkeit und raschen Folge, und löst damit die Aufgabe. Sollte die Rechenzeit nicht vernachlässigbar kurz sein, kann auch die während dessen laufende Materiallänge gemäss gemessener Materialgeschwindigkeit im Ergebnis berücksichtigt werden.

Durch Vergleich dieses Zählerstands mit vorgegebenen Werten lassen sich bei bestimmten Längen gewünschte Schaltvorgänge auslösen. Bei Abwickelvorgängen ist es weiter wichtig, aus der gemessenen Restlänge eine Information über die Geschwindigkeit v zu bilden, die - bei gegebenem Bremsverhalten - eingehalten werden muss, damit der Wickel mit (minimaler) Restlänge L _o zum Stehen kommt:

v = f (L - L _o )

Bei konstanter Bremsverzögerung a beispielsweise ist bekanntlich

v = √2a (L - L _o )

Aus der gemessenen Länge L kann diese noch zulässige Geschwindigkeit v von einem hinreichend schnellen Rechner laufend ermittelt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Zusammenhang zwischen (L - L ₀) und v, d. h. die Bremsrampe, nach Wunsch programmiert, in einem Speicher abzulegen, der von den Werten (L - L ₀) adressiert wird, und dementsprechend die Geschwindigkeitswerte ausgibt.

Der Rechner kann weiter dazu dienen, die anfallenden Zahlenwerte, die zunächst mit Konstanten der Einrichtungen behaftet sind, umzusetzen auf Masseinheiten, die zur Anzeige geeignet sind; oder zur Umsetzung in Zahlenbereiche, die stets optimale Nutzung des Rampenspeichers erlauben.

Diese Geschwindigkeitswerte können mit Geschwindigkeits-Messwerten laufend verglichen werden, um zu gegebener Zeit eine Bremsung auszulösen. Eine digitale Geschwindigkeitsmessung hierzu ist nach bekannten Verfahren mit den Impulsen der genannten Messrolle ohne weiteres ausführbar. Andererseits kann die derart ermittelte, noch zulässige Geschwindigkeit auch unmittelbar verwendet werden zur Geschwindigkeitsregelung der Maschine, um nach der eingegebenen Funktion die Geschwindigkeit stetig herabzusetzen, und den Abwickelvorgang bei der gewünschten Restlänge L _o zum Stillstand zu bringen.

Für die richtige Bestimmung der Restlänge beim Abwickeln ist die Kenntnis des Durchmessers D _i der Hülse notwendig, auf welcher der Wickel aufgebaut ist. Vielfach ist er als konstante Grösse bekannt, oder kann vor dem Einlegen des Wickels in die Abwickelvorrichtung gemessen werden. Dies kann direkt mechanisch geschehen oder aber auch, indem man die (vorstehende) Hülse auf einer Drehvorrichtung abrollen lässt. Nach den eingangs beschriebenen Zusammenhängen ergibt sich hierbei der Hülsendurchmesser aus dem Quotienten der Drehwinkel, die einerseits der Wickel andererseits die Drehvorrichtung zurücklegt.

Auch während des Wickelvorgangs selbst ist eine Messung des Hülsendurchmessers ausführbar. Hierzu dient z. B. eine laufende Messung des Abstands zwischen der Hülsen-Oberfläche und einem ortsfesten (berührungsfreien) Abstandfühler. Der Hülsendurchmesser ergibt sich dann aus der Differenz zwischen dem bekannten Abstand des Fühlers von der Wickelachse und dem gemessenen Abstand zur Oberfläche. Bildet man den Mittelwert der Messgröße über eine volle Umdrehung des Wickels, oder ein vielfaches hiervon, eliminieren sich von selbst Fehler, die durch Exzentrität der Aufspannung bzw. Unrundheiten der Hülse entstehen. Dieses Verfahren kann auch zur Bestimmung des Wickeldurchmessers selbst herangezogen werden (anstelle der beschriebenen Drehzahl-Verhältnis-Messung), wenn der Arbeitsbereich des Abstandfühlers gross genug ist, um den vorkommenden Durchmesseränderungen des Wickels zu folgen.

Claims (6)

1. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung für die auf einem Wickel befindliche Materiallänge, dadurch gekennzeichnet, dass Momentanwerte der Länge einmal oder mehrmals während des Vorgangs aus Durchmesswerten berechnet und dazwischen die auf- oder ablaufende Länge aus Weg-Inkrement-Signalen gebildet wird.

2. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der auf- oder ablaufenden Länge in einem elektronischen Zähler geschieht, der jeweils nach Bestimmung eines Absolutwerts entsprechend gesetzt wird, oder dessen Zählerschritte sich entsprechend gesteuert ändert.

3. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die zur Absolutwertbestimmung notwendigen Durchmesswerte aus dem Drehzahlverhältnis zwischen dem Wickel und einer Messrolle bekannten Durchmessers gebildet werden.

4. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Wickelhülse, und/oder des Wickels selbst, aus dem Mittelwert von Abstandsmessungen zwischen einem ortsfesten Fühler und der betreffenden Oberfläche gebildet werden, erstreckt über eine volle Umdrehung oder ein Mehrfaches hiervon.

5. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung aus den Werten für die Materiallänge Werte für die Fahrgeschwindigkeit gebildet werden.

6. Elektronische Mess- und Auswerteinrichtung nach Anspruch (1) und (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Geschwindigkeitswerte mittels eines programmierbaren Speichers geschieht, der durch die Längenwerte adressiert wird, und die Geschwindigkeitswerte ausgibt.