DE4439889C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bandzugregelung und zum Führen eines umlaufenden Endlosbandes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bandzugregelung und zum Führen eines umlaufenden EndlosbandesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange
gebenen Art und eine zugehörige Vorrichtung.
Bei einer aus der DE-PS 40 11 796 bekannten, gattungsbildenden Vorrichtung wird ein umlaufendes
Endlosband von mehreren Walzen gehalten. Bei der Papierherstellung ist das Endlos
band üblicherweise ein umlaufender Filz oder ein Sieb. Eine dieser Walzen ist als ver
schwenkbare Führungswalze ausgebildet, die mit einer Abtastvorrichtung in Wirkver
bindung steht. Durch Verschwenken der Führungswalze wird ein Versatz des Endlos
bandes ausgeglichen. Ist die Zugspannung des Endlosbandes an beiden Kanten ver
schieden und tritt dadurch am Endlosband einseitig eine Dehnung auf, so laufen die
Kantenbereiche des Endlosbandes mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Dies
führt zu einer parallelogrammartigen Verzerrung der Struktur des Bandes. Diese Ver
zerrung ist unerwünscht, da sich die Durchbrüche im Gewebe bzw. im Sieb verklei
nern und die Bandbreite sich reduziert. Wasser kann daher normalerweise schlechter das Band
durchdringen, so daß dann die Preßleistung der Papiermaschine reduziert ist. In der vorge
nannten Druckschrift wird deshalb vorgeschlagen, eine Spannwalze an beiden Lagern
verschiebbar zu halten. Die Führungswalze wird in oszillatorischer Weise verschwenkt,
wobei die Bewegungen der Lagerstellen zueinander synchron und gegensinnig verlau
fen. Diese oszillatorische Bewegung verursacht ein ständiges Ver- und Entspannen
der Randkanten des umlaufenden Endlosbandes um einen Mittelwert. Das umlaufende
Endlosband ist daher in seiner Struktur verspannt, wodurch die Produktionsleistung
einer Papiermaschine in bekannter Weise beeinflußt ist.
Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der DE-OS 25 40 923 bekannt. Es wird vorge
schlagen, zur Verbesserung einer Regelung zum Erhalt einer besseren Spannungsver
teilung über die Gesamtbreite mit einer Spannungsregelung und einer Regelung zum
Kantensollverlauf mit einer Führungswalze eine Spannwalze gleichzeitig als Füh
rungswalze einzusetzen, indem ihre Lager von unabhängigen Stellantrieben verstellbar
sind. Ein einziger Kantenfühler und ein einziger Kraftaufnehmer, welcher an einer
anderen Walze vorgesehen ist, liefern Korrektursignale für eine Regeleinrichtung.
Diese Regeleinrichtung steuert die Stellantriebe der Spannwalze derart an, daß bei
einer erforderlichen Spannkraftkorrektur die beiden Stellantriebe gleichsinnig syn
chron bewegt werden, und bei einer erforderlichen seitlichen Laufkorrektur des End
losbandes diese synchron gegensinnig verstellt werden. Aufgrund der mit einer Lauf
korrektur erforderlichen Schrägstellung der Spannwalze können große Spannkraftdif
ferenzen zwischen beiden Kantenbereichen des Endlosbandes eingebracht werden.
Diese verursachen eine parallelogrammartige Verzerrung des Endlosbandes. Außer
dem befindet sich oft der Kraftaufnehmer im Lager einer weit von der Spannwalze
entfernten Umlenkwalze. Dies kann zu einer zeitlichen Verzögerung zwischen dem
Verändern der Stellantriebe der Spannwalze und der Reaktion des Kraftaufnehmers
führen. Diese Verzögerung führt manchmal zu einer Schwingneigung der Regelung,
so daß diese sehr träge eingestellt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art
und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, die einem umlaufenden Endlosband
einen konstanten Bandzug an beiden Kantenbereichen ermöglicht, wobei das Endlos
band trotzdem gut in seiner Lage geführt wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebe
nen Verfahrensschritten gelöst.
Bei dem in Anspruch 1 als vorteilhaft hervorgehobenen Verfahren wird die Spannung
des Endlosbandes, die im folgenden als Bandzug bezeichnet wird, an beiden Kantenbereichen erfaßt. Dies
erlaubt eine Bestimmung der Bandzug-Differenz zwischen den beiden Kanten des
Endlosbandes. Diese Bandzüge werden unabhängig voneinander geregelt, so daß der
Bandzug entlang der gesamten Breite des Endlosbandes auf vorbestimmten Werten
gehalten wird. Sind darüber hinaus die Sollwerte für die Regelung der Bandzüge an
beiden Kantenbereichen gleich, so ist der Bandzug entlang der gesamten Breite des
Endlosbandes gleich dem Sollwert. Dies ergibt den überraschenden Effekt, daß die
Kontaktkraft des Endlosbandes auch bei den nachfolgenden Walzen über die gesamte
Breite konstant ist. Ein nachfolgender Trocknungszylinder erzielt daher über die
Breite des Endlosbandes eine gleichmäßige Trocknungsleistung. Zusätzlich ist ein
parallelogrammartiges Verziehen des Endlosbandes reduziert. Die im Endlosband für
die Verdunstung vorgesehenen Durchbrüche haben daher stets ihre maximale Größe,
so daß Wasser sehr leicht das Endlosband durchdringen kann. Eine Papiermaschine,
dessen Filz oder Sieb mit dem Verfahren in seiner Lage und
Spannkraft geregelt wird, erlaubt daher eine wesentliche Erhöhung der Bandlaufge
schwindigkeit und damit eine erhöhte Produktionsleistung. Das Führen des Endlos
bandes wird in an und für sich bekannter Weise durch eine Regelung der Kantenposi
tion bewirkt, wobei aber eine gesonderte Führungswalze verwendet wird. Da bei An
wendung dieses Verfahrens die Spannwalze nur um sehr kleine Winkel schräggestellt
werden muß, ist die Führungswalze ohne weiteres in der Lage, auch den durch die
Spannwalze hervorgerufenen seitlichen Verlauf des Endlosbandes rasch zu korrigie
ren. Die einzelnen Regelkreise bleiben daher entkoppelt, so daß sie besonders einfach
und unabhängig voneinander abgestimmt werden können.
Besonders günstig ist die Anwendung der Verfahrensschritte gemaß Anspruch 2.
Durch die Trennung der Regelungen in eine Regelung des Mittelwerts einerseits und
eine Regelung der Bandzugdifferenz andererseits können die Verstelleinrichtungen
besonders vorteilhaft optimiert werden. Im allgemeinen muß die Spannwalze über
relativ große Wege verstellt werden. Dem gegenüber sind die erforderlichen Win
keländerungen gering. Zum Ausgleich einer Spannkraftdifferenz kann daher eine be
sonders feinfühlige Stellvorrichtung angewendet werden. Außerdem ist das System
sehr sicher, da der Maximalwinkel der Spannwalze sehr einfach durch eine Begren
zung des Stellweges des von der Bandzugdifferenz-Regelung beeinflußten Stellgliedes
erfolgen kann. Eine derartige Maßnahme verhindert eine zu große Schrägstellung der
Spannwalze, ohne dabei den Stellweg der Spannwalze zu begrenzen.
Die Anwendung des Verfahrensschrittes nach Anspruch 3 hat sich als besonders vor
teilhaft erwiesen, da auch unter ungünstigsten Bedingungen eine sichere Bandführung
gewährleistet ist. Wird das Endlosband beispielsweise durch eine kurzfristige einseiti
ge Störung stark belastet, so ist zum Ausregeln dieses Bandzuges eine vergrößerte
Schrägstellung der Spannwalze erforderlich. Diese erhöhte schräge Lage der Spann
walze führt jedoch zu einem sehr starken Verlaufen des Endlosbandes. Die Führungs
walze kann unter Umständen nicht mehr soweit verschwenkt werden, daß die Lage
des Endlosbandes auf ihren Sollwert zurückgeregelt wird. In dieser Aus
nahmesituation ist es daher vorteilhaft, die beidseitige unabhängige Bandzugregelung
aufzugeben, bis die Führung des Endlosbandes sicher gewährleistet ist. Um eine der
artige Extremsituation zu erkennen, wird die Winkellage der Führungswalze erfaßt.
Sie ist ein Maß dafür, wie groß die Tendenz des Endlosbandes ist, aus seiner Sollage
zu verlaufen. Diese Winkellage wird mit einem vorzugsweise symmetrisch um die
Normale zur Bandlaufrichtung angeordneten Aktionsbereich verglichen.
Um die Schwingneigung der Regelung zu unterdrücken, ist die Anwendung des Ver
fahrensschrittes gemäß Anspruch 4 günstig. Die dadurch hervorgerufene schmitt
triggerartige Umschaltung zwischen der unabhängigen und der gekoppelten Band
zugregelung verhindert ein permanentes Schalten, wenn die Führungswalze exakt jene
Winkellage einnimmt, die die Grenze des Aktionsbereiches festlegt.
Um auch nach dem Unterbrechen der beidseitigen Bandzugregelung den Bandzug des
Endlosbandes an beiden Kantenbereichen wenigstens annähernd im Bereich ihres
Sollwerts zu halten, ist die Anwendung des Verfahrensschrittes gemäß Anspruch 5
vorteilhaft. Ein gekoppeltes Regeln des Bandzuges bei synchroner gleichsinniger
Verstellung der Spannwalze sorgt für ein Konstanthalten des mittleren Bandzugs oder
des Bandzugs an einem Kantenbereich. Das Endlosband bleibt daher stets gespannt,
was seine Zerstörung zuverlässig verhindert.
Günstig ist auch die Anwendung des Verfahrensschrittes gemäß Anspruch 6, da ins
besondere der Übergang zwischen unabhängiger und gekoppelter Bandzugregelung
störungsfrei durchführbar ist. Außerdem wird in beiden Regelungsarten der mittlere
Bandzug des Endlosbandes auf den gleichen Sollwert geregelt, was die Lebensdauer
des Endlosbandes erhöht.
Um das Personal von einer Extremlage der Führungswalze zu unterrichten, ist die
Anwendung des Verfahrensschrittes gemäß Anspruch 7 günstig. Dies ist insbesondere
wichtig, um bei häufig auftretenden Problemen mit der Bandführung entsprechende
Gegenmaßnahmen einleiten zu können.
Eine besonders effektive Bandführung ergibt sich durch die Anwendung des Verfah
rensschrittes gemäß Anspruch 8. Die Winkellage der Spannwalze wird erfaßt und
daraus der zu erwartende Verlauf des Endlosbandes aufgrund dieser Verstellung er
mittelt. Die Führungswalze wird daraufhin entsprechend verschwenkt, so daß die La
gereglung nicht oder in stark reduziertem Ausmaß zur Lagekorrektur des Endlosban
des eingreifen muß. Die Führungswalze wird in ihrer Winkellage daher den geänder
ten Bedingungen angepaßt, bevor das Band aus seiner Sollage verlaufen ist. Dies er
gibt eine besonders schnelle und damit effektive Lageregelung.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9 hat sich zur Durchführung des Verfahrens als be
sonders günstig herausgestellt. Bei dieser Ausbildung steht die Regeleinrichtung mit
einer gesonderten Führungswalze in Wirkverbindung. Die Bandzugregelung und die
Bandführung werden daher von unterschiedlichen Walzen vorgenommen. Vorzugs
weise wird die Spannwalze vom Endlosband in einem wesentlich größeren Winkel
umschlungen als die Führungswalze. Die Stellantriebe der Spannwalze verstellen diese
in Richtung der Winkelsymmetralen zwischen dem zu- und dem ablaufenden Endlos
band. Eine geringe Winkeländerung der Spannwalze verursacht daher die größtmögli
che Bandzugänderung. Dem gegenüber wird die Führungswalze näherungsweise
senkrecht zur Winkelsymmetralen des zu- und ablaufenden Endlosbandes verstellt.
Diese Verstellung verursacht daher eine nahezu vernachlässigbare Bandzugänderung.
Aus dieser Aufteilung der beiden Regelungsaufgaben auf zwei verschiedene Walzen
ergibt sich daher eine hervorragende Entkopplung der beiden Regelungen untereinan
der. Dies reduziert die Schwingneigung der Regeleinrichtungen und verbessert daher
deren Stabilität. Kraftsensoren an beiden Lagern der Spannwalze erlauben ein effekti
ves Erfassen der Bandzüge an beiden Kantenbereichen des Endlosbandes. Der Band
zug wird daher vorzugsweise an derselben Walze gemessen, an der die Spannkraft
reguliert wird. Dies ergibt eine minimale Verzögerungszeit der Regelstrecke, so daß
die Regelung insgesamt schneller erfolgt. Die Verwendung unabhängiger Bandzugre
geleinrichtungen für beide Kraftsensoren ergibt den überraschenden Effekt, daß der
Bandzug entlang der gesamten Breite des Endlosbandes nahe dem Sollwert liegt.
Durch diese besonders schonende Behandlung wird die Lebensdauer des Endlosban
des wesentlich erhöht. Infolge des besonders stabilen Laufes des Endlosbandes kann
auch dessen Laufgeschwindigkeit erhöht werden. Dies erhöht zusätzlich die Produkti
onsleistung der Vorrichtung.
Die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 10 ist insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens gemäß Anspruch 2 günstig. Eine gleichsinnige Kopplung der beiden
Lager der Spannwalze mittels eines Getriebes erlaubt in einfacher Weise eine synchron
gleichsinnige Verstellung beider Lager mittels eines Stellantriebs. Vorzugsweise wird
dieser Stellantrieb von einer Regeleinrichtung angesteuert, welche den Mittelwert der
an beiden Kantenbereichen gemessenen Bandzüge als Ist-Wert erhält. Dieser Stellan
trieb bewirkt eine Verschiebung der Spannwalze, ohne deren Winkellage zu ändern.
Durch die Überlagerung der Bewegung des Stellantriebs mit der Bewegung eines
weiteren Stellantriebs wird eine Winkelverstellung der Spannwalze erreicht. Da die
erforderliche Winkelverstellung der Spannwalze gering ist, ist es von unterge
ordneter Bedeutung, ob der zweite Stellantrieb eine gegensinnige Bewegung der bei
den Lager der Spannwalze verursacht, oder ob dieser Stellantrieb lediglich auf eines
der Lager wirkt. Vorzugsweise sind beide Stellantriebe mit Wegbegrenzung ausge
stattet, die sowohl die maximale Verstellung der Spannwalze als auch ihre maximale
Winkellage beschränken.
Die Anwendung eines Planetengetriebes gemäß Anspruch 11 ergibt eine besonders
einfache und trotzdem robuste Überlagerung der Bewegungen der beiden Stellglieder.
Das Planetengetriebe ist platzsparend und kann zusätzlich eine Untersetzung des
Stellglieds bewirken. Dies erhöht die Stellkraft und erlaubt eine besonders feinfühlige
Einstellung der Spannwalze.
Die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 12 ist besonders vorteilhaft, da mit
einfachsten technischen Mitteln eine sehr sichere Bandlaufregelung gewährleistet ist.
Ein Weggeber erlaubt eine präzise Erfassung der Winkellage der Führungswalze.
Durch die Anwendung eines Fensterkomperators wird die Winkellage in vorteilhafter
Weise gleichzeitig mit beiden Grenzwerten des Aktionsbereichs verglichen. Der Aus
gang des Fensterkomperators liefert daher die Information, ob sich die Führungswalze
innerhalb oder außerhalb ihres Aktionsbereichs befindet. Ein Umschalter, dessen
Steuereingang mit dem Fensterkomperator in Wirkverbindung steht, gestattet in ein
fachster Art und Weise ein Unterbrechen der Regelschleife einer Bandzugregeleinrich
tung. Der entsprechende Stellantrieb wird in der aktivierten Lage des Umschalters
nicht mehr mit dem Ausgang der unabhängigen zweiten Bandzugregeleinrichtung,
sondern mit einer anderen Quelle verbunden, welche mit der Bandzugregeleinrichtung
des gegenüberliegenden Kantenbereichs in Wirkverbindung steht. Selbstverständlich
ist es auch möglich, mehrere Umschalter in Serie zu schalten, oder einen Analogmul
tiplexer einzusetzen, so daß der Stellantrieb mit verschiedenen Quellen verbunden
werden kann. Vorzugsweise werden dann auch mehrere Fensterkomperatoren einge
setzt, die die Winkellage der Führungswalze mit unterschiedlichen Aktionsbereichen
vergleichen und je nach Lage der Führungswalze den Stellantrieb der Spannwalze mit
unterschiedlichen Quellen verbinden. Dies erlaubt eine feinfühlige und an die jeweilige
Situation optimal angepaßte Regelungsart einzusetzen.
Die Anwendung des Merkmals gemäß Anspruch 13 stabilisiert das Regelverhalten der
Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise. Befindet sich die Führungswalze in ei
ner Lage, welche exakt einem Grenzwert des Aktionsbereichs entspricht, so könnte
ein wiederholtes Umschalten des im Regelkreis der Bandzugregeleinrichtung vorgese
henen Umschalters die Folge sein. Ein Schmitt-Triggereingang des Fensterkompera
tors verhindert dies, da die einzelnen Schaltvorgänge an unterschiedlichen
Schwellspannungen, also unterschiedlichen Grenzwerten, erfolgen. Dies stabilisiert
das Regelverhalten der Vorrichtung.
Alternativ ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zu
realisieren. Der Summierer kann dem Ausgangssignal der Bandzugregeleinrichtung
des gegenüberliegenden Kantenbereichs ein beliebiges weiteres Signal überlagern.
Dies erlaubt eine synchrone gleichsinnige Verstellung der beiden Stellantriebe der
Spannwalze, wobei die Spannwalze eine beliebige vom zusätzlichen Signal abhängige
Schrägstellung einnehmen kann. Die Bandzüge des Endlosbandes an beiden Kanten
bereichen bleiben nahe ihren Sollwerten.
Die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 15 erlaubt in besonders vorteilhafter
Weise die Berechnung und Speicherung der Differenz der Eingangssignale der Stell
glieder der Spannwalze. Die Speicherung dieser Differenz erfolgt zum Zeitpunkt des
Umschaltens zwischen der unabhängigen und der gekoppelten Bandzugregelung. Dies
wird in überraschend einfacher Weise durch den flankengetriggerten Steuereingang
des Sample-Hold-Verstärkers erreicht. Da der Ausgang des Sample-Hold-Verstärkers
mit einem der Eingänge des Summierers verbunden ist, verharrt die Spannwalze beim
Umschalten zwischen den beiden Regelungsarten exakt in ihrer momentanen Lage.
Der Übergang zwischen beiden Regelungsarten erfolgt daher störungsfrei. Bei an
schließenden Spannungsänderungen des Endlosbandes bleibt der Winkel zwischen der
Spannwalze und der Richtung des Endlosbandes konstant.
Arbeiten die Bandzugregeleinrichtungen nach dem Verfahren gemäß Anspruch 2, so
ist die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 16 günstig. Der Sample-Hold-
Verstärker speichert zum Zeitpunkt des Umschaltens zwischen der unabhängigen und
der gekoppelten Bandzugregelung den Ausgangsspannungswert jener Bandzugregel
einrichtung, welche die Bandzugdifferenz als Ist-Wert erhält. Nach dem Umschalten
wird dieser gespeicherte Wert an die entsprechende Stellvorrichtung abgegeben. So
lange die gekoppelte Bandzugregelung aktiv ist, bleibt daher die Winkellage der
Spannwalze konstant.
Insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 ist die Anwendung
der Merkmale gemäß Anspruch 17 günstig. Dies erlaubt ein selbsttätiges Umschalten
des Ist-Wert-Eingangs der Bandzugregeleinrichtung von einem Kraftsensor auf den
Mittelwert beider Kraftsensoren bei Änderung der Regelungsart.
Es ist auch vorteilhaft, den Ausgang des Fensterkomperators mit
einem Tonerzeuger bzw. einer Signallampe zu verbinden. Dies erlaubt bei jedem Auf
treten einer Extremlage der Führungswalze eine Benachrichtigung des bedienenden
Personals, so daß entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Zu
sätzlich könnte in diesem Fall das Band auch abgeschaltet werden, um dessen Zerstö
rung zu verhindern.
Schließlich ist es gemäß Anspruch 18 vorteilhaft, einen Computer vorzusehen, der die
Vorrichtung wenigstens teilweise softwaremäßig realisiert. Dies erlaubt eine ko
stengünstige Entwicklung der Vorrichtung, da der Computer sehr einfach umpro
grammiert werden kann. Die Regeleinrichtungen lassen sich daher einfach
an die Erfordernisse anpassen. Da die Bausteine eines Computers als Chip mit höch
sten Integrationsdichten hergestellt werden, sind nur wenige Bauelemente zur Reali
sierung der Vorrichtung erforderlich. Dies wirkt sich vorteilhaft auf einen geringen
Stromverbrauch bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit der Schaltung aus.
Anhand der Zeichnungen werden beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der
Vorrichtung und des erfinderischen Verfahrens beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung als Blockschaltbild.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht eine Vorrichtung 1, die Teil einer Papiermaschine
ist und zur Bandzugregelung und zum Führen eines umlaufenden Endlosbandes 2
dient, im wesentlichen aus einer Führungswalze 3 und einer Spannwalze 4. Die Füh
rungswalze 3 und die Spannwalze 4 sind in Lagern 5 drehbar gehalten. Insbesondere
zum Einsatz in Naßpressen ist das Endlosband 2 als umlaufender Filz oder Metallsieb
ausgeführt. Die Führungswalze 3 ist an einer Seite mittels einer Verstellvorrichtung 6
verschwenkbar. Die Verstellvorrichtung 6 besteht aus einer Linearführung 7, in der
ein Schlitten 8 verschwenkbar gehalten ist. Der Schlitten 8 wird mittels eines Antriebs
9 entlang der Linearführung 7 verstellt, so daß die Winkellage der Führungswalze 3
einstellbar ist. Der Antrieb 9 ist vorzugsweise ein Elektromotor, dem ein untersetzen
des Getriebe (G₀, G₁, G₂) zugeordnet ist. Alternativ könnte der Antrieb 9 auch ein
Hydraulik- oder Pneumatikzylinder mit innen laufendem Kolben sein. Zur Erfassung
des Stellwinkels der Führungswalze 3 weist die Verstelleinrichtung 6 einen Weggeber
10 auf. Er kann beispielsweise als ein vom Antrieb 9 betätigtes Potentiometer ausge
führt sein. Der Führungswalze 3 ist eine Kantenabtastvorrichtung 11 zur Erfassung
der Kantenposition des Endlosbandes 2 zugeordnet. Diese Kantenabtastvorrichtung
11 kann das Endlosband 2 entweder auf optischem Wege, pneumatisch oder mecha
nisch abtasten. Sie liefert ein der Kantenposition des Endlosbandes 2 proportionales
Signal, das als Korrektursignal einer nicht dargestellten Regeleinrichtung verwendet
wird.
Die Spannwalze 4 weist an ihren beiden Lagern 5 je einen nicht dargestellten
Kraftsensor zur Ermittlung des Bandzuges, also der Zugspannung des Endlosbandes 2
auf. An beiden Lagern 5 greift je eine Verstellvorrichtung 12, 13 an, die zueinander
unabhängig sind. Die Verstellvorrichtungen 12, 13 sind im wesentlichen zur Verstell
vorrichtung 6 ähnlich aufgebaut, so daß sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt.
Die Verstellvorrichtungen 12, 13 gestatten ein Verschieben und beliebiges Ver
schwenken der Spannwalze 4. Alternativ könnten die beiden Verstelleinrichtungen 12,
13 miteinander über eine Kopplung K verbunden sein. In diesem Fall bewirkt ein
Verstellen der Verstellvorrichtung 12 eine synchrone gleichsinnige Bewegung beider
Lager 5 der Spannwalze 4. Das Getriebe G₂ der Verstellvorrichtung 13 bewirkt eine
Überlagerung der Bewegung der Verstellvorrichtung 12 mit der Bewegung des An
triebs 9′ der Verstellvorrichtung 13. Auf diese Weise ist die Spannwalze 4 ver
schwenkbar. Um eine möglichst große Spannwirkung des Endlosbandes 2 durch die
Spannwalze 4 zu erzielen, wird die Spannwalze 4 vom Endlosband 2 in einem großen
Winkel von etwa 180° umschlungen. Die Verschieberichtung der Lager 5 der Spann
walze 4 verläuft dabei näherungsweise in Richtung der Winkelsymmetralen 14, zwi
schen dem zulaufenden und dem weglaufenden Abschnitt 2a, 2b des Endlosbandes 2.
Dabei ist angenommen, daß sich das Endlosband 2 in Richtung 15 bewegt. Dem ge
genüber verschwenkt die Verstelleinrichtung 6 die Führungswalze 3 senkrecht zur
Winkelsymmetralen 16 zwischen dem zulaufenden und dem weglaufenden Abschnitt
2c, 2d des Endlosbandes 2. Eine Verschwenkung der Führungswalze 3 verursacht
daher nur eine vernachlässigbare Änderung des Bandzuges des Endlosbandes 2.
Zur Realisierung der Bandzug- und Kantenpositionsregelung ist neben den beschrie
benen mechanischen Komponenten eine elektronische Schaltung 17 vorgesehen, die
mit den Verstellvorrichtungen 6, 12, 13 und mit der Kantenabtastvorrichtung 11 so
wie den Kraftsensoren in Wirkverbindung steht. Diese Schaltung 17 kann auch ein
Computer sein, der die Regelungs- und Steuerungsaufgaben softwaremäßig erfüllt.
In Fig. 2 ist die Vorrichtung 1 schematisch zusammen mit der Schaltung 17 als
Blockschaltbild dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bedeuten dabei gleiche Teile. Eine
Regeleinrichtung 20 zur Regelung der Kantenposition des Endlosbandes 2 erhält über
einen Signalweg 21 Signale von der Kantenabtastvorrichtung 11 als Ist-Wert. In ei
nem Summierer 22 werden die Signale der Kantenabtastvorrichtung 11 von denen
eines Sollwertgebers 23 abgezogen. Der Sollwertgeber 23 könnte beispielsweise ein
zwischen einer Referenzspannung und Masse vorgesehenes Potentiometer sein. Das
Ergebnis der Differenzbildung wird über einen Signalweg 24 an einen Regler 25 gege
ben. Der Regler 25 weist wenigstens einen Verstärker auf und hat vorzugsweise ein
PID-Verhalten. Der Regler 25 berechnet ein Korrektursignal, welches eine auftreten
de Differenz zwischen Ist-Wert und Soll-Wert am Summierer 22 möglichst schnell
ausgleicht.
Der Regler 25 ist über einen Signalweg 26 mit einem weiteren Summierer 27 verbun
den. Weitere Eingänge des Summierers 27 stehen über Signalwege 28, 29 mit von der
Spannwalze 4 betätigten Weggebern 30, 31 in Wirkverbindung. Der Summlerer 27
sorgt auf diese Weise für eine Überlagerung des Ausgangssignals des Reglers 25 mit
einem zur Schrägstellung der Spannwalze 4 proportionalen Signal. Vorzugsweise ist
zwischen den Weggebern 30, 31 und dem Summierer 27 je ein Verstärker 32, 33 vor
gesehen, deren Verstärkungsfaktoren einstellbar sind. Durch Variieren der Verstär
kungsfaktoren der Verstärker 32, 33 wird die Überlagerung des Signals vom Regler
25 mit den Signalen der Weggeber 30, 31 so eingestellt, daß bei einer Schrägstellung
der Spannwalze 4 der daraus zu erwartende Verlauf des Endlosbandes 2 im wesentli
chen ausgeglichen wird, ohne daß die Regeleinrichtung 20 tätig wird. In der Praxis ist
dieser Idealfall zwar nicht zu verwirklichen, jedoch kann auf diese Weise erreicht
werden, daß der von der Regeleinrichtung 20 auszuregelnde Bahnverlauf durch diese
Überlagerung erheblich geringer wird.
Der Summierer 27 gibt das Ergebnis der Überlagerung über einen Signalweg 34 an
einen Leistungsverstärker 35 weiter, der dieses Signal soweit verstärkt, daß damit ein
Stellantrieb 36 der Verstelleinrichtung 6 angesteuert werden kann. Der Stellantrieb 36
ist mechanisch über dem Weg 37 mit dem Lager 5 der Führungswalze 3 verbunden.
Zur Erfassung des Stellwinkels der Führungswalze 3 ist im Weg 37 der Weggeber 10
vorgesehen. Das gegenüberliegende Lager 5 der Führungswalze 3 ist schwenkbar
gehalten, wobei kein eigener Stellantrieb vorgesehen ist.
Zur Regelung des Bandzuges des Endlosbandes 2 sind Bandzugregeleinrichtungen 41,
42 vorgesehen. Die Bandzugregeleinrichtung 41 weist einen Summierer 43 auf, der
einen Ist-Sollwertvergleich durchführt. Der Ist-Wert wird von einem Kraftsensor 44
erzeugt, der die Lagerkraft der Spannwalze 4 mißt. Der Kraftsensor 44 steht über
einen Signalweg 45 mit einem invertierenden Eingang des Summierers 43, dem Ist-
Wert-Eingang, in Wirkverbindung. Der Sollwert der Bandzugregeleinrichtung 41 und
42 wird von einem bekannten Sollwertgeber 46 erzeugt und über einen Signalweg 47
an einen nicht invertierenden Eingang des Summierers 43 gegeben.
Um ein periodisches Schwenken der Spannwalze 4 zu erzeugen, kann optional ein
Dreieckoszillator 48 vorgesehen sein, dessen Ausgangssignal über den Signalweg 49
einem Eingang des Summierers 43 zugeführt wird. Die Überlagerung der Ausgangs
signale des Sollwertgebers 46 und des Dreieckoszillators 48 ergibt ein um den vom
Sollwertgeber 46 festgelegten Wert periodisch oszillierendes Signal, das als Sollwert
der Bandzugregeleinrichtung 41 dient.
Über einen zusätzlichen invertierenden Eingang des Summierers 43 ist der Weggeber
30 der Verstelleinrichtung 12 über einen Signalweg 49 gegenkoppelnd verbunden.
Diese Verbindung sorgt für eine Reduktion der Phasenverschiebung der Regelstrecke.
Dies erniedrigt die Schwingneigung der Bandzugregeleinrichtung 41. Ein über einen
Signalweg 50 mit dem Summierer 43 in Wirkverbindung stehender Regler 51 mit vor
zugsweise PID-Verhalten kann daher einen wesentlich erhöhten Proportionalanteil in
seinem Übertragungsverhalten aufweisen. Dies erhöht die Geschwindigkeit, mit der
Störungen ausgeregelt werden können, beträchtlich.
Das Ausgangssignal des Reglers 51 ist über einen Signalweg 52 mit einem Leistungs
verstärker 53 verbunden. Dieser Leistungsverstärker 53 verstärkt das Ausgangssignal
des Reglers 51 soweit, daß damit ein Stellantrieb 54 zur Verstellung des Lagers 5 der
Spannwalze 4 angesteuert werden kann. Zur genauen Erfassung der Spannkraft des
Endlosbandes 2 ist im Weg 55 zwischen dem Stellantrieb 54 und dem Lager 5 der
Spannwalze 4 der Kraftsensor 44 vorgesehen. Vorzugsweise ist der Kraftsensor 44
direkt im Lager 5 der Spannwalze 4 integriert. Zur Erfassung des Verstellweges der
Spannwalze 4 ist im Weg 55 der Weggeber 30 vorgesehen.
Die Bandzugregeleinrichtung 42 für die gegenüberliegende Kante des Endlosbandes 2
ist ähnlich zur Bahnzugregeleinrichtung 41 aufgebaut. Ein Summierer 60 sorgt für
einen Ist-Sollwert-Vergleich. Hierzu ist der Summlerer 60 über die Signalwege 47, 49
mit dem Sollwertgeber 46 bzw. dem Dreieckoszillator 48 verbunden. Im Unterschied
zur Bandzugregeleinrichtung 41 führt jedoch der Signalweg 49 auf einen invertieren
den Eingang des Summierers 60. Die dreieckförmige Ausgangsspannung des Drei
eckoszillators 48 wird daher in der Bandzugregeleinrichtung 42 gegenüber der Band
zugregeleinrichtung 41 um 180° phasenverschoben. Dadurch wird ein oszillatorisches
Verkippen der Spannwalze 4 erreicht.
Den Ist-Wert erhält der Summierer 60 von einem Kraftsensor 61 über einen Signal
weg 62 bzw. vom Weggeber 31 über den Signalweg 63. Das Ergebnis des Ist-
Sollwert-Vergleichs des Summierers 60 wird einem Regler 64 mit PID-Verhalten zu
geführt. Der Regler 64 erzeugt an seinem Ausgang ein Korrektursignal, das über ei
nen Signalweg 65 an einen Leistungsverstärker 66 gegeben wird. Im Signalweg 65 ist
ein Umschalter 67 vorgesehen, die in ihrer eingezeichneten Grundstellung den Lei
stungsverstärker 66 mit dem Regler 64 verbinden. Ausgangsseitig ist der Leistungs
verstärker 66 mit einem Stellantrieb 69 der Verstelleinrichtung 13 verbunden. Die
Verstelleinrichtung 13 ist zur Verstelleinrichtung 12 symmetrisch aufgebaut, so daß
sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt.
Der Weggeber 10 der Führungswalze 3 ist über einen Signalweg 70 mit Fensterkom
paratoren 71, 72 verbunden. Die Schaltschwellen der Fensterkomparatoren 71, 72
liegen symmetrisch um die dargestellte Ruhelage. Liefert der Weggeber 10 ein dem
Winkel zwischen der Führungswalze 3 und der Normalen 73 zur Bandlaufrichtung 15
proportionales Signal, so liegen die Schaltschwellen der Fensterkomparatoren 71, 72
symmetrisch um den Nullpunkt. Die Fensterkomparatoren 71, 72 arbeiten daher in
einer Weise, als ob sie den Betrag der Eingangsspannung mit festen Grenzwerten U₁
bzw. U₂ vergleichen würden. Ausgangsseitig ist der Fensterkomparator 71 über einen
Signalweg 76 mit einem Steuereingang 78 des Umschalters 67 verbunden. Der Fen
sterkomparator 72 ist über einen Signalweg 77 mit einem Tonerzeuger oder einer
Signallampe 80 verbunden. Dieser gibt ein akustisches oder optisches Signal für das
Bedienungspersonal ab, sobald die Führungswalze 3 in ihrer Winkellage den äußeren
Grenzwert U₂ überschreitet. Die Grenzwerte U₁ und U₂ der Fensterkomperatoren 71,
72 sind so gewählt, daß bei Verschwenken der Führungswalze 3 aus ihrer Ruhelage
zunächst der Umschalter 67 und erst bei noch größeren Verstellwinkeln ein Warnsi
gnal abgegeben wird. Es ist auch vorstellbar, daß in diesem Fall auch das Band abge
schaltet wird.
Überschreitet die Winkellage der Führungswalze 3 den Grenzwert U₁, so schaltet der
Umschalter 67 in seine aktive Lage um. In diesem Fall verbindet der Umschalter 67
den Leistungsverstärker 66 über einen Signalweg 90 mit einem Summierer 91. Ein
nicht invertierender Eingang 92 des Summierers 91 ist über den Signalweg 52 mit
dem Regler 51 verbunden. Ein weiterer nicht invertierender Eingang 93 des Summie
rers 91 ist über einen Signalweg 94 mit einer weiteren Quelle verbunden. Der Sum
mierer 91 überlagert dem Ausgangssignal des Reglers 51 eine konstante Spannung.
Die Bewegungen der Stellantriebe 54 und 69 sind daher miteinander verkoppelt. Es ist
nur noch eine gleichsinnig synchrone Bewegung der Lager 5 der Spannwalze 4 mög
lich. Die Spannwalze 4 kann eine zur Bandlaufrichtung 15 beliebige Winkellage ein
nehmen.
Ein weiterer Summierer 95 ist mit einem invertierenden Eingang 96 über den Signal
weg 52 mit dem Regler 51 und mit einem nicht invertierenden Eingang 97 über den
Signalweg 65 mit dem Regler 64 verbunden. Der Summierer 95 berechnet die Diffe
renz der Ausgangssignale der Regler 64 und 51. Ausgangsseitig ist der Summierer 95
über einen Signalweg 98 mit einem Sample-Hold-Verstärker 99 verbunden. Der
Sample-Hold-Verstärker 99 weist einen flankengetriggerten Steuereingang 100 auf,
der über den Signalweg 76 mit dem Fensterkomparator 71 in Wirkverbindung steht.
Überschreitet die Führungswalze 3 in ihrer Winkellage den Grenzwert U₁, so spei
chert der Sample-Hold-Verstärker 99 den über den Signalweg 98 ankommenden
Spannungswert, also die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Regler 64 und
51. Dieser gespeicherte Spannungswert wird über den Signalweg 94 an den Eingang
93 des Summierers 91 abgegeben. Der Summierer 91 berechnet daher die Summe des
Ausgangssignals des Reglers 51 mit der Differenz der Ausgangssignale der Regler 64
und 51 zum Zeitpunkt des Umschaltens des Fensterkomperators 71. Dies führt dazu,
daß beim Erreichen des Grenzwertes U₁ der Winkellage der Führungswalze 3 die
Spannwalze 4 in ihrer Winkellage festgehalten wird.
Die Kraftsensoren 44 und 61 stehen mit einem Mittelwertbilder 110 in Wirkverbin
dung, der von einem Summierer 111 und einem Verstärker 112 gebildet ist. Der Ver
stärker 112 besitzt einen Verstärkungsfaktor von 0,5. Ausgangsseitig ist der Verstär
ker 112 über einen Signalweg 113 mit einem Umschalter 114 verbunden. In seiner
eingezeichneten Grundstellung verbindet der Umschalter 114 den Signalweg 45 des
Summierers 43, also den Ist-Wert-Eingang der Regeleinrichtung 41, über einen
Signalweg 115 mit dem Kraftsensor 44. Ein Steuereingang 116 des Umschalters 114
ist über den Signalweg 76 mit dem Fensterkomperator 71 verbunden. Schaltet der
Fensterkomparator 71 um, so verbindet der Umschalter 114 den Summierer 43 der
Bandzugregeleinrichtung 41 mit dem Mittelwertbilder 110. In diesem Fall regelt die
Bandzugregeleinrichtung 41 nicht mehr den Bandzug einer Seite des Endlosbandes 2,
sondern den mittleren Bandzug des Endlosbandes 2.
In Fig. 3 ist eine alternative Vorrichtung 1 schematisch als Blockschaltbild darge
stellt. Gleiche Bezugszeichen bedeuten wiederum gleiche Teile. Da wesentliche Teile
dieser Vorrichtung 1 mit der Vorrichtung aus Fig. 2 gleich sind, wird im folgenden
nur auf die Unterschiede zwischen beiden Vorrichtungen eingegangen. Die Verstell
vorrichtungen 12, 13 sind mittels einer Kopplung K derart miteinander verbunden,
daß die Verstellvorrichtung 12 eine synchrone gleichsinnige Verstellung der Lager 5
der Spannwalze 4 bewirkt. Die Verstellvorrichtung 13 wirkt lediglich auf ein Lager 5
der Spannwalze 4, wobei deren Bewegung der synchronen gleichsinnigen Verstellung
durch die Verstellvorrichtung 12 überlagert wird. Angepaßt an diese Wirkungsweise
der Verstellvorrichtungen 12, 13 regelt die Bandzugregeleinrichtung 41 den Mittel
wert der gemessenen Bandzüge und die Bandzugregeleinrichtung 42 die gemessene
Bandzugdifferenz zwischen der rechten und linken Seite des Endlosbandes 2. Der
Mittelwertbilder 110 ist daher direkt über den Signalweg 45 mit dem Summierer 43
der Bandzugregeleinrichtung 41 verbunden. Der Summierer 95 ist mit seinem invertie
renden Eingang 96 und seinem nicht invertierenden Eingang 97 mit den Ausgängen
der Kraftsensoren 44, 61 verbunden. Der Sample-Hold-Verstärker 99 ist über den
Signalweg 65 direkt mit dem Ausgang der Bandzugregeleinrichtung 42 verbunden.
Beim Überschreiten des Aktionsbereichs der Spannwalze 4 wird die momentane
Schrägstellung der Spannwalze 4 im Sample-Hold-Verstärker 99 gespeichert und über
den Schalter 67 an die Verstellvorrichtung 13 abgegeben. Dies bewirkt ein Kon
stanthalten der Winkellage der Spannwalze 4, so daß deren Lager 5 nur noch syn
chron gleichsinnig verstellbar sind.
Claims (18)
1. Verfahren zur Regelung der Spannung eines umlaufenden Endlosbandes (2) durch
beidseitiges Verstellen einer Spannwalze (4) und zum Führen des Endlosbandes (2)
durch Verschwenken einer Führungswalze (3), mit der ein erfaßter, von den Span
nungen des Endlosbandes (2) hervorgerufener seitlicher Verlauf korrigiert wird, da
durch gekennzeichnet, daß die Spannungen des Endlosbandes (2) an beiden Kanten
bereichen unabhängig voneinander erfaßt und diese jeweils unabhängig voneinander
auf einen Sollwert geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur beidseitigen unab
hängigen Regelung des Bandzuges dessen Mittelwert unter synchron gleichsinniger
Verstellung und dessen Differenz unter gegensinniger Verstellung der Enden der
Spannwalze (4) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage
der Führungswalze (3) erfaßt und mit einem zwischen zwei Grenzwerten festgelegten
Aktionsbereich verglichen wird, bei dessen Überschreitung die beidseitige unabhängi
ge Bandzugregelung unterbrochen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage
der Führungswalze (3) erfaßt und mit einem zwischen zwei Grenzwerten festgelegten
Aktionsbereich verglichen wird, bei dessen Überschreitung die beidseitige unabhängi
ge Bandzugregelung unterbrochen wird und nach Unterschreiten eines engeren Ak
tionsbereiches als dem zuvor festgelegten wieder aktiviert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Überschreiten des Aktionsbereichs die Regelung der Bandzüge gekop
pelt wird, wobei die Enden der Spannwalze (4) synchron gleichsinnig verstellt werden
und die Winkellage der Spannwalze (4) konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekoppelte Bandzug
regelung zur gleichsinnig synchronen Verstellung der Spannwalze (4) durch Mittel
wertbildung der erfaßten Bandzüge und Regelung des Mittelwerts erfolgt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Überschreiten des Aktionsbereichs ein optisches oder akustisches Sig
nal abgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des seitli
chen Verlaufs des Endlosbandes der Lageregelung durch die Führungswalze (3) ein
der Winkellage der Spannwalze (4) proportionales Signal überlagert wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Lagern (5) einer der Walzen (3, 4) Kraftsen
soren (44, 61) angreifen, denen unabhängige Bandzugregeleinrichtungen (41, 42) zu
geordnet sind, die mit den Stellantrieben (54, 69) der Spannwalze (4) in Wirkverbin
dung stehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stellantrie
be (54) die Spannwalze (4) an beiden Lagern (5) über mindestens ein Getriebe (G₁,
G₂) parallel verlagert und der andere Stellantrieb (69) an der Spannwalze (4) mit min
destens einem der Getriebe (G₁, G₂) eine Winkelverstellung bewirkt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das die
Spannwalze (4) parallel verstellende Getriebe (G₁, G₂) als Planetengetriebe ausgeführt
ist.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen einer Bandzugregeleinrichtung (42) und einem Stellantrieb
(69) der Spannwalze (4) mindestens ein Umschalter (67) vorgesehen ist, der einen
Steuereingang (78) aufweist, welcher mit mindestens einem Fensterkomparator (71,
72) in Wirkverbindung steht, wobei der Fensterkomparator (71, 72) eingangsseitig
mit einem die Winkellage der Führungswalze (3) erfassenden Weggeber (10) in Wirk
verbindung steht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterkompa
rator (71, 72) einen Schmitt-Triggereingang (74, 75) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der vom
Fensterkomparator (71) betätigte Umschalter (67) mit einem Summierer (91) in
Wirkverbindung steht, der Eingänge (92, 93) aufweist, von denen einer mit der Band
zugregeleinrichtung (41) des gegenüberliegenden Kantenbereichs des Endlosbandes
(2) in Wirkverbindung steht.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bandzugregeleinrichtungen (41, 42) mit einem eine Differenz ihrer
Ausgangssignale berechnenden Summierer (95) in Wirkverbindung stehen, wobei der
Summierer (95) ausgangsseitig mit einem die Differenz speichernden Sample-Hold-
Verstärker (99) in Wirkverbindung steht, der mit einem der Eingänge (93) des am Um
schalter (67) vorgesehenen Summierers (91) verbunden ist, wobei der Sample-Hold-
Verstärker (99) einen flankengetriggerten Steuereingang (100) aufweist, der mit dem
Fensterkomparator (71) in Wirkverbindung steht.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sample-Hold-Verstärker eingangsseitig mit dem Ausgang der Band
zugregeleinrichtung (64) und ausgangsseitig mit dem Umschalter (67) verbunden ist,
wobei sein Steuereingang (100) mit dem Fensterkomperator (71) in Wirkverbindung
steht.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kraftsensoren (44, 61) mit einem Mittelwertbilder (110) in Wirk
verbindung stehen, der ausgangsseitig mit einem vom Fensterkomparator (71) betätig
ten Umschalter (114) in Wirkverbindung steht, welcher zwischen dem Kraftsensor
(44) und der Bandzugregeleinrichtung (41) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens ein Teil der Rechen- und/oder Schaltfunktionen mittels eines
Computers realisiert wird.
Priority Applications (1)
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DE19944439889 DE4439889C1 (de) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Verfahren und Vorrichtung zur Bandzugregelung und zum Führen eines umlaufenden Endlosbandes |
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