DE3143545A1

DE3143545A1 - Verfahren und vorrichtung zur drehzahlfuehrung von leitwalzenantrieben an durchlaufenden bahnen

Info

Publication number: DE3143545A1
Application number: DE19813143545
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing.(grad.) 8060 Dachau Vorwerk
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-11-03
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DE3143545C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlführung von Leitwalzen-
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.
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.
Um diese Forderung zu erfüllen, sind bisher verschiedene Antriebslösungen eingesetzt worden.
So werden bei dünnen Papieren und bei schnellaufenden Maschinen die Leitwalzen mitunter durch einen Schnurantrieb angetrieben.
Bei Gleichstromantrieben mit gemeinsamer Ankerspeisung werden die Motoren der Leitwalzen mit einem Hilfsreihenschiußfeld ausgeführt, um eine weiche Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik zu erzielen.
Bei modernen Anlagen mit Einzel speisung der Antriebsmotoren und Drehzahlregelung wird die statische Verstärkung des Drehzahlreglers entsprechend einer gewünschten Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik festgelgt.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlführung von Leitwalzenantrieben an durchlaufenden Bahnen Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl von Leitwalzen bei durchlaufenden Bahnen, wobei die Leitwalzen von Elektromotoren angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die statische Verstärkung der Regelung im Bereich kleiner Drehzahiregelabweichungen einen einstellbaren hohen Wert und bei größeren Regelabweichungen einen einstellbaren kleineren ert hat und daß die Übergangsstelle (3) zwischen großer und kleiner Verstärkung einstellbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen für die Gereiche beiderseits der Übergangssteile (3) gleichbleibend sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelie (3) an festlegbare Belastungswerte der Bahn angepaßt ist.
4. Vorrichtung zur Druchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (6, 20) eine nichtlineare Kennlinie hat, die durch unterschiedliche Rückkopplungswerte bei Verstärkern (9) erreicht wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelabweichung einem Verstärker (4) zugeführt wird, in dessen Rückkopplungszweig die Parallelschaltung eines Widerstandes (10) und einer Serienschaltung eines Widerstandes (11) und einer Zenerdiode (12) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (12) durch eine an eine Vorspannung gelegte Diode (15, 16) ersetzt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Drehzahlregelabweichung zwei getrennten Verstärkern (21, 22) zugeführt wird, deren Ausgänge mit unterschiedlicher Bewertung summiert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Störgrößen die Beschleunigung, die drehzahiunabhängigen und die drehzahlabhängigen Verluste der Regeleinrichtung (20) aufgeschaltet werden.