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Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges - Dokument DE69227312T3
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69227312T3 02.05.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0579854
Titel Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges
Anmelder Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo, JP
Erfinder Ichii, Yasuo, c/o Chiba Works, Chiba-shi, Chiba 260, JP;
Ikeda, Saburo, c/o Chiba Works, Chiba-shi, Chiba 260, JP;
Chino, Toshihiko, c/o Chiba Works, Chiba-shi, Chiba 260, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69227312
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.07.1992
EP-Aktenzeichen 921126058
EP-Offenlegungsdatum 26.01.1994
EP date of grant 14.10.1998
EPO date of publication of amended patent 31.10.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.05.2002
IPC-Hauptklasse B65H 23/188
IPC-Nebenklasse B65H 23/04   B21B 41/12   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges durch Einführen des Bandes zwischen eine Transportrolle und eine bewegliche Transportrolle und durch Bewegen der beweglichen Transportrolle. Die Vorrichtung ist dazu angepaßt, um einen gegebenen Bandzug in einer Walzstraße oder dergleichen aufrecht zu erhalten.

Um eine zuverlässige Qualität eines Bandes in einer Straße zum Walzen von Metall oder Nichtmetall oder dergleichen zu gewährleisten, ist es nötig, im allgemeinen im zentralen Bereich der Straße einen Dauerbetrieb durchzuführen, während das Band mit einer festen Geschwindigkeit transportiert und mit Zug beaufschlagt wird.

In dem Zufuhr- oder zulieferungsseitigen Bereich der Verarbeitungsstraße werden Bänder mit begrenzter Länge in Form von Haspeln auf oder abgewunden. Bei Unterbrechungen in den Haspelverbindungen oder bei Haspelwechseln wird jedes Band beschleunigt, abgebremst oder zufuhr- oder zulieferungsseitig gestoppt.

Um den Dauerbetrieb im Zentralbereich trotz solcher Übergangsbeschleunigung, Abbremsung oder Stoppen im zufuhr- oder zulieferungsseitigen Bereich zu gewährleisten, ist die Verarbeitungsstraße mit einem Umführer ausgestattet.

Wenn der Umführer in Betrieb ist, wenn die Bänder abgebremst, gestoppt oder zufuhr- oder zulieferungsseitig beschleunigt werden, kann jedoch eine Änderung des Zuges von dem zufuhr- oder zulieferungsseitigen Bereich auf die Bänder im zentralen Durchlaufbereich übertragen werden. Eine solche Übertragung der Zugänderung beeinträchtigt die Bandqualität im zentralen Bereich und verursacht ein Wellen der Bänder, die deshalb möglicherweise brechen können.

Um dieses Problem zu lösen, wurde in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1- 308347 eine Vorrichtung zur Regelung des Zuges vorgeschlagen. Die bekannte Vorrichtung umfaßt eine Tänzerrolle, die im Zentralbereich angeordnet ist, wodurch die Übertragung der Zugänderung durch Beaufschlagen der Bänder mit einem festen Zug unterdrückt wird.

Die bekannte Vorrichtung zur Regelung des Zuges mit der Tänzerrolle ist wie in Fig. 4 gezeigt, konstruiert. In Fig. 4 verläuft ein Band 1 von einer Transportrolle 2 zur anderen Transportrolle 2 über eine Tänzerrolle 3. Die Tänzerrolle 3 ist mit einer Aufwickeltrommel 4 und einem Gegengewicht mit Hilfe eines Drahtes 5 verbunden und die Trommel 4 ist mit einem Motor 8 über eine Geschwindigkeitsdrossel 7 verbunden. Der Motor bewirkt, daß die Geschwindigkeitsdrossel 7 die Aufwickeltrommel 4 dreht, wodurch die Tänzerrolle 3 sich auf und abbewegt. Der Zug des Bandes 1 wird durch Einstellen des Drehmoments des Motors geregelt. Eine Führungseinrichtung 9 wird dazu verwendet, die Wirkungsrichtung der Tänzerrolle 3 zu fixieren.

Die bekannte herkömmliche Vorrichtung zur Regelung des Zuges mit Hilfe der Tänzerrolle ist gegen eine starke Zugänderung des Bandes im Zentralbereich von außen wirkungslos. Im Betrieb werden hohe mechanische Widerstände zwischen der Tänzerrolle und der Führungseinrichtung 9 und zwischen der Aufwickeltrommel 4 und dem Draht 5 erzeugt.

Die Tänzerrolle 3 unterliegt während des Betriebs einem hohen Trägheitsmoment, das durch die Wirkung der Aufwickelrolle 4, der Motoreinrichtung 8 und der Geschwindigkeitsdrossel 7, wie in Fig. 4 gezeigt, verursacht wird.

Ein Spiel der Geschwindigkeitsdrossel resultiert in einer Betriebsverzögerung oder einer weiteren Zugänderung, die durch die Tänzerrolle verursacht wird.

Darüber hinaus ist die herkömmliche Vorrichtung zur Regelung des Zuges mit der Tänzerrolle gegen eine geringe Zugänderung aufgrund des mechanischen Verlustes im Aufbau, des Spiels im mechanischen System und des hohen mechanischen Widerstandes einigermaßen wirkungslos. Deshalb erlaubt die bekannte Vorrichtung keine hochgenaue Regelung des Zuges in Reaktion auf Zugänderungen beim wie oben beschriebenen Dauerbetrieb.

Aus der EP-A-161223 ist eine Vorrichtung für die Einstellung des Bandzuges in einem Warmwalzwerk bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Arm, der um eine zum Band parallele Achse und rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Bandes verschwenkbar ist. Ein Ende des Armes steht in Kontakt mit dem Band und trägt einen Sensor, der elektrische Kopplungssignale aussendet, die die Kopplung anzeigen, die durch das Band auf den Arm über die drehbare Achse des Armes aufgebracht wird. Eine Verarbeitungs- und Regelungseinheit ist mit dem Kopplungssensor und mit Sensoren für die Erfassung der Winkelposition des Armes verbunden, um ein Fehlersignal in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen dem Kopplungssignal und einem Referenzkopplungssignal zu erzeugen. Darüber hinaus sind Antriebseinrichtungen zur Positionsänderung des Armes in Abhängigkeit vom Fehlersignal, das von der Regelungs- und Verarbeitungseinheit erzeugt wurde, vorgesehen.

Moderne Stahlbleche für den Einsatz in Kraftfahrzeugen und dergleichen sollen schnell auf eine geringe Zugänderung reagieren, da sie aus sehr kohlenstoffarmen Stahl hergestellt sind, einen kleinen Querschnittsbereich aufweisen und mit einer äußerst hohen Geschwindigkeit bis zu 1000 m/Min. bei der Verarbeitung transportiert werden. Deshalb ist ein Bedürfnis nach Verbesserung der Technik der Regelung des Bandzuges im Dauerbetrieb vorhanden.

Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gesteckt, die nicht im Stand der Technik gelösten Probleme zu lösen. Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges vorzusehen, die den Bandzug mit hoher Ansprechempfindlichkeit und hoher Genauigkeit trotz starker äußerer Änderung regeln kann.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges vorzusehen, die den Bandzug mit guter Ansprechempfindlichkeit und ausreichender Genauigkeit mit Hilfe eines Motors mit geringer Leistung trotz geringer Änderungen des Bandzuges regelt. Die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Verbesserungen der erfinderischen Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges sind in abhängigen Unteransprüchen definiert.

Das Drehmoment des Armes wird somit mit Hilfe des Motors für den Armantrieb geregelt und die Regelung des Zuges wird durch Drehen der beweglichen Transportrolle mit Hilfe des Armes bewirkt. Im Gegensatz zu der herkömmlichen bekannten Tänzerrolle ist weder die Aufwickeltrommel noch der Drahterforderlich, so daß der mechanische Widerstand bei der vorliegenden Erfindung sehr gering ist. Darüber hinaus minimiert die Abwesenheit der Aufwickeltrommel und dergleichen bei der vorliegenden Erfindung das Trägheitsmoment des Maschinenachsensystems. Da ferner der Motor für den Armantrieb direkt mit der Stützwelle verbunden ist, kann keine Betriebsverzögerung oder eine neue Zugänderung auftreten, die durch Spiel bei Verwendung eines Geschwindigkeitsdrosslers verursacht werden kann.

Trotz der starken Änderungen, die von außen in den Zentralbereich der Verarbeitungsstraße oder dergleichen eingebracht wird, kann der Bandzug mit hoher Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit geregelt werden. Somit kann eine hochwirksame Zugregelung erreicht werden, die die Leistungsfähigkeit der herkömmlichen bekannten Tänzerrolle übersteigt.

Das Drehmoment wird erfindungsgemäß durch das folgende Verfahren sowie durch die direkte Verbindung des Motors für den Armantrieb mit der Stützwelle erzeugt.

Die Stützwelle ist mit einem Gegengewicht versehen, das in einer zur Stützwelle rechtwinkligen Position einstellbar ist, und das Drehmoment um die Stützwelle wird im Arm mit Hilfe des Gegengewichts erzeugt. Das im Arm zu erzeugende Drehmoment kann durch Regeln des Motordrehmoments und durch Einstellen der Gegengewichtsposition geregelt werden.

Der Verschwenkwinkel des Arms wird mit Hilfe des Winkelsensors erfaßt und der Bandzug wird mit Hilfe des Zugsensors erfaßt. Auf dem erfaßten Winkel und dem erfaßten Zug basierend werden der Ausgang des Motors für den Armantrieb und die Gegengewichtsposition geregelt, um das im Arm zu erzeugende Drehmoment zu regeln, so daß der Bandzug auf einen Endzug eingeregelt wird.

Dementsprechend kann die Drehmomentregelung mit Hilfe des Motors für den Armantrieb und die Drehmomentregelung durch die Regelung der Gegengewichtsposition in Kombination miteinander durchgeführt werden.

Deshalb kann der Bandzug mit guter Ansprechempfindlichkeit und ausreichender Genauigkeit geregelt werden. Folglich kann eine hochwirksame Zugregelung, die die Leistungsfähigkeit der herkömmlichen bekannten Tänzerrolle übersteigt, erreicht werden, so daß eine geringe Änderung des Bandzuges mit hoher Genauigkeit ausgeschaltet werden kann.

Da die Drehmomentregelung mit Hilfe des Motors für den Armantrieb und die Drehmomentregelung durch die Regelung der Gegengewichtsposition in Kombination miteinander durchgeführt wird, kann das vom Motor bereitgestellte Drehmoment verringert werden.

Zum Beispiel kann ein Drehmoment des Armes, das im wesentlichen fest in Abhängigkeit vom Endzug eingesetzt werden soll, durch Einstellen der Gegengewichtsposition erreicht werden, während ein Drehmoment des Armes, das in Reaktion auf eine Zugänderung schnell ansteigt, durch die Drehmomentregelung mit Hilfe des Motors über den Armantrieb erhalten werden. Dementsprechend muß der Motor nur das Drehmoment liefern, das der Zugänderung entspricht, so daß der Motor nur wenig Leistung erfordert.

Somit können der Motor für den Armantrieb und eine Antriebseinheit möglichst klein gehalten werden, was einen wirtschaftlichen Vorteil birgt. Für die Initialisierung eines Drehmoments, das das Drehmoment des Motors kompensiert, kann darüber hinaus eine angemessene Zugregelung dadurch gewährleistet werden, daß die Zugregelung durch die Regelung der Gegengewichtsposition durchgeführt wird und der Motor für die Regelung des dynamischen Drehmoments verwendet werden kann. Folglich kann eine hochgenaue Zugregelung erzielt werden.

Fig. 1 Ist ein Blockdiagramm mit Teilen einer Prinzipskizze, das eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm mit Teilen einer Prinzipskizze, das eine Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den als Prinzipskizze in Fig. 2 gezeigten Teil der vorliegenden Erfindung darstellt, und

Fig. 4 ist eine Prinzipskizze, die eine Anordnung einer bekannten Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges, die eine Tänzerrolle verwendet, zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine, wie in Fig. 1 gezeigt, konstruierte Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges. Bei der Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Band 1 zwischen die Transportrollen 2 und eine bewegliche Transportrolle 10 geführt. Die Vorrichtung umfaßt allgemein eine bewegliche Transportrolle 10, einen Arm 11, die Stützwelle 12, einen Motor 14 für den Antrieb des Armes, einen Zugsensor 15, einen Armwinkelsensor 16, einen Zugregelungsbereich 30, Spannrollen 20, einen Motor 21 für den Antrieb der Spannrolle und einen Bereich 40 zur Regelung der Bandgeschwindigkeit. Der Zug des Bandes 1 wird durch eine schwenkende Bewegung der Rolle 10 um die Welle 12 geregelt.

Der Arm 11, dessen eines Ende durch die Stützwelle 12 gelagert ist, ist so angepaßt, daß er um die Welle 12 schwingt, und dessen anderes Ende ist mit der beweglichen Transportrolle 10 verbunden. Die Stützwelle 12 ist durch die Lagereinrichtung 13 drehbar gelagert. Die beiden axialen Enden der Rolle 10 sind durch den Arm 11 gelagert.

Der Motor 14 zum Antrieb des Armes 11, ist koaxial mit der Stützwelle 12 verbunden und wird eingesetzt, um ein Drehmoment um die Stützwelle 12 zu erzeugen, wodurch das Band 1 mit Zug beaufschlagt wird.

Der Armwinkelsensor 16 wird dazu verwendet, den Winkel der Schwingbewegung des Armes 11 oder den Drehwinkel des Motors 14 für den Antrieb des Armes zu erfassen. Ein erfaßter Winkel 6 wird dem Bereich 30 zur Regelung des Zuges und dem Bereich 40 zur Regelung der Bandgeschwindigkeit eingegeben.

Der Zugsensor 15, der den Zug des Bandes 1 erfaßt, ist äußerst nahe an den Transportrollen 2 angeordnet. Der Bereich 30 zur Regelung des Zuges umfaßt einen Zugregler 31, eine arithmetische Einheit 32 zur Kompensation der Ruhelast und eine arithmetische Einheit 33 zur Kompensation des Zugwinkels. Der Zugregler 31 schaltet zurück und berechnet mit dem Endzug Tr vergleichend den vom Zugsensor 15 erfaßten Zug T und liefert den Befehl T1 zur Regelung des Drehmoments. Die arithemtische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast wird dazu verwendet, das Trägheitsmoment der Ruhelast der beweglichen Transportrolle 10 und des Armes 11 entsprechend dem vom Winkelsensor 16 erfaßten Winkel 6 zu kompensieren. Die arithmetische Einheit 33 zur Kompensierung des Zugwinkels wird dazu verwendet, eine Änderung der Beziehung zwischen dem Bandzug und dem Ausgangsdrehmoment des Motors 14 für den Armantrieb entsprechend dem Winkel des Armes 11 zu kompensieren (Ausgangsdrehmomentkompensation).

Der Befehl T1 zur Regelung des Drehmoments wird durch die jeweiligen Ausgänge der arithmetischen Einheiten 32 und 33 kompensiert und wird zu einem kompensierten Drehmoment-Befehl T1', der in einen Stromregler 34 eingegeben wird.

Ein Stromsensor 17 ist vorgesehen; um den Strom des Motors 14 zu erfassen und diesen Wert wieder an den kompensierten Drehmoment-Befehl T1' zu liefern. Der Drehmoment-Befehl T1' oder der Strombefehl, der auf diese Weise zurückgeliefert wurde, wird in den Stromregler 34 eingegeben. Der Stromregler 34 wird dazu verwendet, um einen Befehl zur Regelung des Eingangsstroms (Drehmoment) des Motors 14 in einem Motorantrieb 18 als Reaktion auf den Eingangsstrom-Befehl zu regeln.

Die arithmetische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast kann die Kompensation der Ruhelast beispielsweise wie folgt durchführen.

Wenn die Ruhelast der beweglichen Transportrolle 10, der Arm 11, der Abstand zwischen dessen Schwerpunkt und einem Lagerpunkt und der Versetzungswinkel des Armes 11 aus seiner horizontalen (bei einem Winkel von 0º) jeweils W, Lo und θ sind, ist der Drehmomentkompensations-Wert Tqs für die Ruhelast durch

Tqs = W·Lo·cosθ (1)

gegeben.

Das Drehmonent für die Ruhelast wird durch Hinzufügen des Drehmomentkompensations-Wertes Tqs zum Zugbefehl T1 kompensiert.

Beispielsweise kann die arithmetische Einheit 33 zur Kompensierung des Zugwinkels die Ausgangsdrehmomentkompensation auf folgende Weise durchführen.

Wenn der Bandzug und der Abstand zwischen dem Arm 11 und der Stützwelle 12 jeweils To und Lr sind, ist ein Ausgangsdrehmomentkompensations-Wert Tqt für die Kompensation des Ausgangsdrehmoments basierend auf dem Winkel θ durch

Tqt = 2To·Lr·cosθ (2)

gegeben.

Das Ausgangsdrehmoment wird durch Hinzufügen des Ausgangsdrehmomentkompensations-Wertes Tqt zum Zugbefehl kompensiert.

Der Bereich zur Regelung der Bandgeschwindigkeit regelt die Transportgeschwindigkeit des Bandes 1 so, daß sie an eine Endgeschwindigkeit Vr angepaßt ist, und regelt ferner den Winkel A des Armes 11 auf einen Endwinkel Ar.

Der Bereich 40 zur Regelung der Geschwindigkeit umfaßt einen Winkelregler 41, einen Totzonengenerator 42 (dead band generator) und einen Geschwindigkeitsregler 43. Der Winkelregler 41 vergleicht den Endwinkel Ar und den erfaßten Winkel θ und liefert Geschwindigkeitsänderungs-Befehle für die Korrektur des Winkels des Armes 11. Der Totzonengenerator 42 (deab band generator) liefert unteranderem einen Geschwindigkeitsänderungs-Befehl an den Geschwindigkeitsregler 43, aus dem eine geringe Übergangsänderung des Winkels herausgeschnitten ist. Der Geschwindigkeitsregler 43 regelt die Geschwindigkeit des Motors 21, der die Spannrolle antreibt und somit die Drehgeschwindigkeit der Spannrollen 20 in Reaktion auf den korrigierten Geschwindigkeits- Änderungsbefehl, wodurch die Transportgeschwindigkeit des Bandes so eingestellt wird, daß der Winkel des Armes fest ist.

Der Totzonengenerator 42 (dead band generator) dient dazu, eine geringe Übergangsänderung des Winkels in einem Geschwindigkeitsänderungs-Signal für die Winkelkorrektur zu entfernen, da eine Signalübergangsänderung schädlich ist.

Im folgenden wird eine Betriebsbeschreibung der Vorrichtung der ersten Ausführungsform gegeben. In der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges wird das Band 1 gewunden durch die Spannrollen 20 zugeführt, zwischen die eine Transportrolle 2, die bewegliche Transportrolle 10 sowie die andere Transportrolle 2 eingeführt und daraufhin einem nachfolgenden Transportabschnitt zugeführt. Während dieses Vorgangs erfaßt der Zugsensor 15 den Bandzug T und der Winkelsensor 16 den Winkel 9 des Armes 11, der zusammen mit der Rolle 10 seine horizontale Position einnimmt. Der erfaßte Zug T und der erfaßte Winkel θ werden in den Bereich 30 der Regelung des Zuges eingegeben und gleichzeitig wird im Regelungsbereich 30 der Endzug Tr eingestellt. Der erfaßte Zug T wird dem Endzug Tr wieder zugeführt, woraufhin der Befehl T1 zur Regelung des Drehmomentes erhalten wird.

In der Zwischenzeit wird der erfaßte Winkel θ in die arithmetische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast und die arithmetische Einheit 33 zur Kompensierung des Zugwinkels eingegeben, woraufhin die Einheiten 32 und 33 den Drehmomentkompensations-Wert Tqs für die Ruhelast und den Ausgangsdrehmomentkompensations-Wert Tqt des Zuges nach den Gleichungen (1) und (2) berechnen. Diese Kompensationswerte werden dem Zug-Befehl T1 hinzugefügt, so daß der Befehl T1 kompensiert der Kompensationsdrehmoment-Befehl T1' wird.

Der Kompensationsdrehmoment-Befehl T1' wird als ein Drehmoment-Befehlswert, das heißt, als ein Strom-Befehlswert, in den Stromregler 34 eingegeben. In Reaktion auf diesen Drehmoment-Befehl T1' regelt der Stromregler 34 den Motorantrieb 18, wodurch das Drehmoment des Motors 14 für den Armantrieb und somit der Zug des Bandes 1 eingestellt wird. In diesem Fall wird der mit Hilfe des Stromsensors 17 erfaßte Motorstrom dem Kompensationsdrehmoment-Befehl T1' wieder zugeführt und in den Stromregler 34 eingegeben. In Reaktion auf diesen Direhmoment-Befehl T1' regelt der Stromregler 34 die Stromzufuhr vom Motorantrieb 18 zum Motor 14 für den Armantrieb, wodurch der Motorstrom so eingestellt wird, daß das Drehmoment des Motors 14 auf den Befehlswert T1' eingestellt ist.

Um den Winkel durch Vergleichen des Winkels θ mit dem vorbestimmten Endwinkel Ar zu korrigieren, liefert der Geschwindigkeitsregler 43 den Geschwindigkeits- Änderungsbefehl für die Bandgeschwindigkeit Vr. In diesem Fall wird mit Hilfe des Totzonengenerators 42 (dead band generator) die geringe Übergangswinkeländerung entfernt, um eine Behinderung zu vermeiden.

Daraufhin wird das Geschwindigkeitskorrektursignal der Endbandgeschwindigkeit Vr hinzugefügt und als ein Geschwindigkeitsbefehl in den Geschwindigkeitsregler 43 eingegeben. In Reaktion auf den Ausgangsgeschwindigkeitsbefehl regelt der Geschwindigkeitsregler 43 den Motor 21 für den Antrieb der Spannrolle, wodurch die Transportgeschwindigkeit des Bandes und der Winkel θ des Armes 11 an die Endgeschwindigkeit Vr und den Endwinkel Ar jeweils angepaßt wird.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Vergleichs zwischen der Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges der vorliegenden Ausführungsform und der bekannten Vorrichtung zur Regelung des Zuges unter Verwendung einer Tänzerrolle.

Tabelle 1

1: In Bandzugentsprechung

2: Nur das Reibdrehmoment der Lagereinrichtung

In diesem Fall umfassen die Vergleichsfaktoren das Trägheitsmoment GD², den mechanischen Verlust und das Spiel. Das Trägheitsmoment der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist ungefähr halb so groß wie das Trägheitsmoment der bekannten Vorrichtung. Der mechanische Verlust der Vorrichtung der ersten Ausführungsform beträgt ungefähr 2 kg bezüglich des Bandzuges im Vergleich zu ungefähr 50 kg bei der bekannten Vorrichtung. Der Grund dafür liegt darin, daß die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nur das Reibdrehmoment der Lagerungseinrichtung der Stützwelle umfaßt, wohingegen die bekannte Vorrichtung dem mechanischen Verlust des Auf und Ab-Bewegungsmechanismus für die Tänzerrolle unterworfen ist.

Im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung weist die Vorrichtung der ersten Ausführungsform kein Spiel auf. Der Grund dafür liegt darin, daß der Motor direkt mit dem Arm der Stützwelle verbunden ist.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Die zweite Ausführungsform ist eine Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges, die, wie in Fig. 3 gezeigt ist, konstruiert ist. Diese Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges, die im wesentlichen ähnlich wie die Vorrichtung der ersten Ausführungsform konstruiert ist, umfaßt ferner, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Gegengewicht 50, einen Motor 51 zur Lageänderung des Gegengewichts und einen Gegengewicht-Lagesensor 52.

Das Gegengewicht 50 ist an einem Arm 11 für die Bewegung in Längsrichtung des Armes (oder im rechten Winkel zur Stützwelle 12) angeordnet. Ein im Arm 11 erzeugtes Drehmoment wird durch Einstellen der Längsposition des Gegengewichts 50 geregelt. Das Gegengewicht 50 wird mit Hilfe des Motors 51 zum Verschiebendes Gegengewichts bewegt. Die Lage des Gegengewichts wird mit Hilfe des Gegengewichts- Lagesensors 52 erfaßt und in einen Bereich 30 zur Regelung des Zuges eingegeben (arithmetische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast im Bereich 30).

Insbesondere umfaßt der Bereich 30 zur Regelung des Zuges den Zugregler 31, die arithmetische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast, die arithmetische Einheit 33 zur Kompensierung des Zugwinkels und eine Einrichtung 54 zur Einstellung der Lage des Gegengewichts. Der Zugregler 31 ist rückgeschaltet, berechnet vergleichend einen erfaßten Zug T bezüglich eines Endzuges Tr und liefert einen Drehmoment- Regelungsbefehl T1. Die arithmetische Einheit 32 zur Kompensierung der Ruhelast wird dazu verwendet, das Trägheitsmoment für die Ruhelast einer beweglichen Transportrolle 10 und des Armes 11 entsprechend einem von einem Winkelsensor 16 erfaßten Winkel θ zu kompensieren. Die aritmetische Einheit 33 zur Kompensierung des Zugwinkels wird dazu verwendet, eine Änderung der Beziehung zwischen dem Bandzug und dem Ausgangsdrehmoment eines Motors 14 für den Armantrieb entsprechend dem Winkel des Armes 11 zu kompensieren (Ausgangsdrehmomentkompensation). Die Einrichtung 54 zur Einstellung der Lage des Gegengewichts wird dazu verwendet, die Lage des Gegengewichts 50 gemäß dem Endzug Tr einzustellen.

In Reaktion auf den eingestellten Endzug Tr berechnet die Einrichtung 54 zur Einstellung der Lage des Gegengewichts die Lage St des Gegengewichts 50 und sendet ein diese Lage St anzeigendes Signal an einen Bereich 53 des Gegengewichtsantriebs. Die Berechnung der Gegengewichtlage St wird weiter unten näher beschrieben.

In Reaktion auf das Ausgangspositionssignal treibt der Bereich 53 des Gegenwichtantriebs den Motor 51 zum Verschieben der Gegengewichtslage an, um das Gegengewicht 50 so zu bewegen, daß es in der Position angeordnet wird, die mit Hilfe der Einstelleinrichtung 54 eingestellt wurde.

Der Bereich zur Regelung der Geschwindigkeit umfaßt einen Winkelregler 41 und einen Geschwindigkeitsregler 43. Der Winkelregler 41 vergleicht einen Endwinkel Ar und den erfaßten Winkel θ und liefert einen Geschwindigkeitsänderungsbefehl zur Korrektur des Winkels des Armes 11. Der Geschwindigkeitsregler 43 regelt die Geschwindigkeit des Motors 21, der die Spannrolle antreibt, und somit die Drehgeschwindigkeit der Spannrollen 20 in Reaktion auf den gelieferten Geschwindigkeitsänderungs-Befehl, wodurch die Transportgeschwindigkeit des Bandes so eingestellt wird, daß der Winkel des Armes fest ist.

Die anderen Teile dieser zweiten Ausführungsform sind auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform angeordnet, so daß die selben Bezugszeichen die selben Bauteile in der gesamten Zeichnung bezeichnen.

Im folgendem wird eine Beschreibung einiger Betriebsabläufe gegeben, die die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Der Endzug Tr wird in die Einrichtung 54 zur Einstellung der Lage des Gegengewichts eingegeben, woraufhin die Einstelleinrichtung 54 die Lage St des Gegengewichts 50 entsprechend dem Eingangsendzug Tr berechnet und diese im Bereich 53 des Gegengewichtsantriebs einstellt. Wenn der Endzug eingestellt ist, oder wenn der eingestellte Endzug geändert wird, wird auf folgende Weise die Lage des Gegenwichts eingestellt.

Wenn der Bandzug T ist, ist das Drehmoment Tq, das für den Motor 51 zum Verschieben des Gegengewichts erforderlich ist, durch

Tq = 2·T·Lr+Wm·Lm -(Ws·St + Wr·Lr + Wf·Lf) (3)

gegeben, worin Lr der Abstand zwischen der zentralen Achse der beweglichen Transportrolle 10 und der Stützwelle 12 ist, Lf der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Armes 11 und der Welle 12 ist, Lm der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Motors 51 zum Verschieben des Gegengewichts (einschließlich des Sensors und dergleichen) und der Welle 12 ist, Wr das Gewicht der Rolle 10 ist, Ww das Gewicht des Gegengewichts 50 ist, Wf das Gewicht des Armes 11 ist und Wm das Gewicht des Motors 51 zum Verschieben des Gegengewichts (einschließlich des Sensors) ist.

In der zweiten in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist der Motor 51 zum Verschieben des Gegengewichts auf der gegenüberliegenden Seite der Stützwelle 12 bezüglich der beweglichen Transportrolle 10 so angeordnet, daß ein Drehmoment Wm· St auf den Arm 11, das auf dem Gewicht Wm des Motors 51 beruht, in der selben Richtung wie der Bandzug auf den Arm 11 wirkt, wie durch ersten Term der Gleichung (3) angegeben ist.

Wenn das Drehmoment des Motors 14 zum Antreiben des Arms und der Endzug jeweils Ctq und Tref sind, ist die Lage St des Gegengewichts basierend auf Gleichung (3) durch

St = (2Tref·Lr + Wm·Lm) -(Wr·Lr + Wf·Lf+Ctq)/Ww (4)

gegeben.

Der Bewegungsbereich (zwischen den Maximalwerten und den Minimalwerten der Position St) für das Gegengewicht 50 sollten durch Einstellen der Maximal- und Minimalwerte des notwendigen Endzuges Tref für den Betrieb auf wirtschaftliche Werte festgesetzt werden, die ein möglichst geringes Trägheitsmoment und die erforderliche Funktionalität unter Berücksichtigung des Drehmoments Ctq des Motors 14 und anderer Konstanten in Gleichung (4) gewährleisten.

Nachdem der Bewegungsbereich des Gegengewichts 50 so festgesetzt wurde, wird die Position St des Gegengewichts so bestimmt, daß das Gegengewicht 50 so nah an der Stützwelle 12 des Armes 11 wie innerhalb eines durch das Drehmoment Ctq des Motors 14 erlaubten Bereichs möglich angeordnet ist. Dementsprechend wird der Trägheitsmoment gesenkt, so daß die Regelung des Zuges mit feiner Abstufung durchgeführt werden kann.

Nachdem die Position St des Gegengewichts auf diese Weise bestimmt wurde, wird das Gegengewicht 50 in die vorbestimmte Position St bewegt, um den Endzug Tref zu erhalten, wenn der Zeitpunkt für die Einstellung des Zuges oder Änderung des eingestellten Zuges kommt.

Dabei wird das Gegengewicht 50 aus seiner Stopposition in die Position St mit einem bestimmten Geschwindigkeitsablauf bewegt. Somit kann der Endwert Tref des Bandzuges nicht sofort erhalten werden, wenn der Zug eingestellt oder geändert wird, so daß die Regelung des Zuges einer Verzögerung unterliegt.

Um diese Verzögerung der Regelung zu beseitigen, wird die Position des Gegengewichts 50 zunächst mit Hilfe des Sensors 52 erfaßt und dem Bereich 30 der Regelung des Zuges wieder zugeführt, wodurch das Drehmoment Tq des Motors 14 für den Endzugwert Tref der Gleichung (3) dynamisch berechnet wird. Daraufhin wird das berechnete Drehmoment Tq in den Stromregler 34 eingegeben, so daß der Arm 11 mit Hilfe des Motors 14 für den Armantrieb mit dem Drehmoment Tq beaufschlagt wird.

Deshalb wird die Verzögerung der Regelung des Zuges des Gegengewichts 50 kompensiert, so daß der Zug des Bandes 1 ohne eine Verzögerung bei der Einstellung oder Änderung des Zuges für den Endzug Tref geregelt werden kann.

In der zweiten Ausführungsform wird das Gegengewicht 50 für die Bewegung auf dem Arm 11 so angeordnet, daß es in einer Position im rechten Winkel zur Stützwelle 12 einstellbar ist. Entsprechend dieser Ausführungsform kann das Gegengewicht jedoch auf jeder anderen geeigneten Einrichtung angeordnet werden, die im rechten Winkel zur Stützwelle beweglich ist.

Wie vorstehend beschrieben, kann der Bandzug erfindungsgemäß mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit trotz der starken von außen in den Zentralbereich oder dergleichen eingebrachten Änderung geregelt werden. Da das Gegengewicht auf der Stützwelle vorgesehen ist, kann darüber hinaus der Bandzug mit guter Zuverlässigkeit und ausreichender Genauigkeit mit Hilfe eines schwachen Motors trotz einer geringen Änderung des Bandzuges geregelt werden. Durch Einstellen des Bandzuges oder Ändern des eingestellten Bandzuges kann darüber hinaus der Bandzug auf den gewünschten Endwert eingeregelt werden. Somit kann eine höchst wirkungsvolle Zugregelung erreicht werden, die über den Leistungsbereich der bekannten Tänzerrolle hinausgeht. Eine vom Erfinder durchgeführte Untersuchung zeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hochgenaue Regelung des Zuges bewirkt, so daß die Änderung des Bandzuges um ungefähr 1/3 im Vergleich zur bekannten Vorrichtung verringert werden kann.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Regelung eines Bandzuges durch kontinuierliches Einführen des Bandes (1) zwischen die Oberseite einer Transportrolle (2) und die Unterseite einer beweglichen Transportrolle (10) und durch Bewegen der beweglichen Transportrolle (10), wobei die Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges umfaßt:

einen Arm (11) mit einem mit der beweglichen Transportrolle (10) zum Zwecke des Verschwenkens der beweglichen Transportrolle (10) in eine vertikale Richtung verkuppelten Ende;

eine Stützwelle (12) mit einer Achse, die parallel zur Transportrolle (2) zum Verschwenken des Armes (11) angebracht ist, der drehbar durch eine Lagereinrichtung (13) gelagert ist;

einen Motor (14) für den Antrieb des Armes (11), der koaxial und direkt mit der Stützwelle (12) verbunden ist und ein Drehmoment im Arm (11) um die Stützwelle (12) erzeugt, wodurch das Band (1) mit Zug beaufschlagt ist;

eine Armwinkel-Sensoreinrichtung (16), zum Erfassen des Winkels der verschwenkenden Bewegung des Armes (11);

eine Bandzug-Sensoreinrichtung (15), die die Last erfaßt, mit der die Transportrolle (2) durch den Bandzug beaufschlagt ist; und

eine Zug-Regelungseinrichtung (30) zur Korrektur des Drehmoments, das im Arm (11) gemäß dem erfaßten Winkel und des Zuges erzeugt werden soll, wodurch der Bandzug auf einen Endzug geregelt ist, wobei die Vorichtung weiter umfasst:

eine Einrichtung für die Regelung des Motor-Drehmoments zur Regelung des Drehmoments des Motors (14) für den Armantrieb;

ein auf der Stützwelle (12) angeordnetes Gegengewicht (50), das in einer zur Stützwelle rechtwinkligen Position einstellbar ist und dazu dient, das Drehmoment im Arm (11) um die Stützwelle zu erzeugen;

eine Einrichtung zum Einstellen der rechtwinkligen Position des Gegengewichts zur Regelung des im Arm (11) zu erzeugenden Drehmoments; und

eine Einrichtung (17) zur Regelung des im Arm (11) entsprechend dem erfaßten Winkel und dem erfaßten Zug zu erzeugenden Drehmoments und dem erfaßten Zug, die durch den Bereich für die Regelung des Motordrehmoments und den Bereich für die Einstellung der Position des Gegengewichts geregelt ist, so daß der Endzug mit Hilfe des Bandzuges erhältlich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (30) zur Regelung des Zuges umfaßt:

einen Zugregler (31) der einen Drehmoment-Regelungsbefehl liefert, der auf einem Vergleich eines erfaßten Zuges und des Endzuges beruht;

eine Ruhelast kompensierende arithmetische Einheit (32) zur Kompensierung des Drehmoments für eine Ruhelast der beweglichen Transportrolle (10) und des Arms (11) beruhend auf der mit Hilfe der Winkelsensoreinrichtung (16) erfaßten Winkelposition;

eine Zugwinkel kompensierende arithmetische Einrichtung (33) zur Kompensierung einer Änderung der Beziehung zwischen dem Bandzug und dem Ausgangsdrehmoment des Motors (14) für den Armantrieb, basierend auf der Winkelposition des Armes; und

eine Stromreglereinrichtung zur Regelung des Motors (14) für den Armantrieb, beruhend auf einem kompensierten Drehmomentbefehl, der eine Summe des Drehmomentregelungsbefehls, eines Ausgangssignals der Ruhelast kompensierenden arithmetischen Einheit (32) und eines Ausgangssignals der Zugwinkel kompensierenden arithmetischen Einrichtung (33) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zugregelungseinrichtung (30) umfaßt:

eine Zugreglereinrichtung (31) zum Rückschalten und zum mit dem Endzug vergleichend Berechnen des erfaßten Zuges sowie zum Liefern eines Drehmomentregelungsbefehls;

eine Ruhelast kompensierende Einheit (32) zur Kompensierung des Trägheitsmoments der Ruhelast der beweglichen Transportrolle (10) und des Armes (11) gemäß dem vom Winkelsensor (16) erfaßten Winkel;

eine Zugwinkel kompensierende arithmetische Einrichtung (33) zur Kompensierung einer Änderung der Beziehung zwischen dem Bandzug und dem Ausgangsdrehmoment des Motors (14) für den Armantrieb entsprechend dem Winkel des Armes (11); und

eine Stromregler-Einrichtung zur Regelung des Motors (14) für den Armantrieb gemäß dem kompensierten Drehmomentbefehl.







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