DE2251769A1

DE2251769A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der ausbringung einer produktionskette

Info

Publication number: DE2251769A1
Application number: DE19722251769
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Leisenberg
Original assignee: LEISENBERG ING BUREAU
Current assignee: LEISENBERG ING BUREAU
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1974-05-02
Also published as: IT998762B; FR2204312A5; DE2251769C3; NL7313463A; DE2251769B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Ausbringung einer Produktionskette

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Ausbringung einer Produktionskette, insbesondere in vorteilhafter Weise anwendbar zur Regelung der Stranggeschwindigkeit bei Schnecken-, Walzen- oder Scheibenpressen der keramischen Industrie.

In der keramischen Industrie v/erden zur Erzeugung endloser Materialstränge Pressen (Extruder) verwendet, welche als Walzenpressen, Schneckenpressen und neuerdings auch als Scheibenpressen ausgebildet sind.

Die Produktionsleistung einer Presse als Formgebungseinheit wird hierbei massgeblich durch die Geschwindigkeit des Stranges bestimmt, welcher durch die Presse erzeugt wird. Für jede Produktionskette gibt es nämlich eine optimale Strariggeschwindigkeit, bei der die Kapazität des schwächsteh Gliedes gerade voll genutzt ist, In der keramischen Formgebung ist dieses gewöhnlich der Abschneider oder die nachfolgende Transportautomatik. Wird die optimale Stranggeschwindigkeit unter- oder überschritten, so fällt die Leistung der Produktionskette ab, da in einem Fall die Kapazität nicht ausgenutzt wird, und im an-

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deren Fall Störungen auftreten, die Stillstandszeiten zur Folge haben. Es genügt hier nicht, im Mittelwert die optimale Stranggeschwindigkeit zu erreichen, da die Störungen bereits bei kurzzeitigen Stranggeschwindigkeitsspitzen auftreten. Weiterhin steigt die Schnittgenauigkeit des Abschneiders mit der Konstanz der Stranggeschwindigkeit.

Die Steuerung der Stranggeschwindigkeit erfolgt derzeit über die Materialzufuhr für die Presse, wobei diese selbst mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Damit lässt sich jedoch nur eine im Mittel konstante Stranggeschwindigkeit erreichen, sofern es gelingt, die Materialzufuhr konstant zu halten. Eine wirklich konstante Materialzuführung ist jedoch heute in kaum einem Betrieb möglich. Bei der zur Zeit fast ausschliesslich eingesetzten Schneckenpressen erfolgt die Austragung des Fördergutes auch bei konstanter Materialzuführung nicht gleichförmig, sondern dem konstanten Anteil der Stranggeschwindigkeit ist eine periodische Bewegung überlagert, welche einmal durch die Fördercharakteristik der Schnecke als Förderelement und zum anderen durch kurzzeitige Mäterialanhäufungen in der Zuführung bewirkt werden. Weiterhin können insbesondere nach Anfahrvorgängen kurzzeitige Geschwindigkeitsspitzen auftreten, welche durch eine Änderung der Materialzuführung nicht schnell genug ausgeglichen werden können. Dadurch bedingt muss die Materialzufuhr derzeit so eingestellt werden, dass auch diese kurzzeitigen Stranggeschwindigkeitsspitzen noch innerhalb des zulässigen Bereiches liegen. Es ist naheliegend, dass somit ein Teil der vorhandenen Produktionskapazität nicht ausgenutzt werden kann, und eine optimale Betriebsweise mittels des hier angewandten Regelverfahrens nicht möglich ist.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Ausbringung einer Produktionskette, insbesondere zur Regelung der Stranggeschwindigkeit bei Schnecken-, Walzen- oder Scheibenpressen der keramischen Industrie.sowie eine Vorrichtung zur Anwendung· dieses Verfahrens zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Stranggeschwindigkeitsregelung über die Materialzufuhr nicht aufweist und durch das vor allem zuverlässig verhindert wird, dass kurzzeitige Stranggeschwindigkeitsspitzen auftreten. Der Bauaufwand und die Störanfälligkeit sollen hierbei äusserst gering sein, so dass eine hohe Betriebssicherheit und eine volle wirtschaftliche Ausnützung der Produktionskette gewährleistet ist. Ausserdem soll erreicht werden, dass an die Konstanz der Materialzufuhr keine grossen Anforderungen mehr gestellt werden müssen, und dass

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eine Anwendung beJJnahe-zu allen in der keramischen Industrie eingesetzten Pressen möglich ist,

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass zur Regelung der Stranggeschwindigkeit des Förderelementes der Produktionskette und/oder der Materialzuführung zu diesem ein oder mehrere elektrische und/ oder hydraulische Regelkreise vorgesehen sind, mittels denen die Antriebsdrehzahl des Förderelementes in Abhängigkeit von dem ausgebrachten Fördergut und/oder die Materialzufuhr zu dem Förderelement in Abhängigkeit von dessen Drehmoment, dessen Antriebsdrehzahl oder einer anderen Messgrösse selbsttätig verändert wird.

Zur Regelung der Drehzahl des Förderelementes kann auf einfache Weise die Geschwindigkeit des von diesem ausgebrachten Fördergutes gemessen, mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen und die sich ergebende Regelgrösse unmittelbar oder über Zwischen-

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glieder, beispielsweise in Form eines Gleichstromstellers als Stellglied, der Antriebsmaschine des Förderelementes zugeleitet werden, während zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förderelement bzw. zu der Presse das Drehmoment der Antriebsmaschine oder deren Drehzahl gemessen, mit einem Soll-Wert verglichen und die sich ergebende Stellgrösse unmittelbar oder über Zwischenglieder der Antriebsmaschine der Fördervorrichtung zugeleitet wird.

Die Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Ausbringung einer Produktionskette, insbesondere zur Regelung der Stranggeschwindigkeit bei Schnecken-, Walzen- oder Scheibenpressen der keramischen Industrie ist zweckmässigerweise in der Art auszubilden, dass zur Regelung der Stranggeschwindigkeit des Förderelementes der Produktionskette ein von dem ausgebrachten Fördergut beeinflussbarer Kess- und Tachogenerator od.dgl, vorgesehen wird, der mit einem SoIl-Ist-Wert-Versteller in Verbindung steht, und dass der Versteller unmittelbar oder über Zwischenglieder als Stellglied an die Antriebsmaschine des Förderelementes angeschlossen wird.

Vorteilhaft ist es hierbei, als Antriebsmaschine des Förderelementes bzw, der Presse einen Gleichstrommotor vorzusehen, dem ein von dem Versteller beeinflussbarer Gleichstromsteller vorgeschaltet ist.

Zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förderelement der Produktionskette in Abhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl oder einer anderen Messgrösse der Antriebsmaschine des Förderelementes ist es angebracht, der Antriebsmaschine des Förderelementes einen

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Strom- oder Spannungswandler zuzuordnen, der mit einem Soll-Ist-";,^rert~Versteller in. Verbindung steht, und den Versteller unmittelbar oder über Zwischenglieder-beispielsweise in Form eines Drehzahlstellers als Stellglied an die Antriebsmaschine der Fördervorrichtung anzuschliessen.

Zur Erläuterung dieses erfindungsgemässen Verfahrens · bzw. der Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens seien die wichtigsten Kriterien und Zusammenhänge, die bei einer Pressenförderung zu beachten sind, formelmässig dargestellt. ■

Der Förderstrom F eines als Schnecken-, Walzen- oder Scheibenpresse ausgebildeten Förderelementes ist nach der Formel

(1) F =» C₁ . η . γ (m^/sec.) zu bestimmen, C-, ist hierbei die Maschinenkonstante»

•r.rad des Fcrderelementes der Presse.

η die Drehzahl des Förderelementes und u^? der Fül lungs-

In der Konstante C-, sind alle Eigenschaften der Maschine und des Fördergutes enthalten, C-, kann nur in kleinen Bereichen und über einen beschränkten Zeitraum als konstant angesehen werden, da hierin auch der Förderwirkungsgrad enthalten ist, welcher wiederum abhängig von" der Drehzahl und dem Füllungsgrad ist, Weiterhin ändert sich mit der Zeit der Verschleisszustand der Maschine und auch das plastische Verhalten des Katerials durch schwankenden Wassergehalt. Diese Änderungsgeschwindig-? keiten sind jedoch gross gegenüber der Dauer der Regelungsvorgänge . ?/eiterhin ist eine Linearität der Zusammenhänge nicht notwendige Voraussetzung zur Funktion der Regelung, so dass diese vereinfachte Darstellung ausreichend ist. '

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Zwischen dem Förderstrom und dem zugeführten Haterialstrom Z besteht näherungsweise folgender Zusammenhang:

(2) Z = F ₊ C_p . ^7 (m^J/sec), . ·

ei T

wobei Cp die Maschinenkonstante der den Materialstrom zuführenden Fördervorrichtung ist.

Eine Änderung der Materialzufuhr bei konstanter Förderelementdrehzahl bewirkt also zunächst eine Änderung des Füllungsgrades, welche wiederum eine Änderung des Förderstromes zur Folge hat. Die neue Stranggeschwindigkeit stellt sich also erst nach Ablauf eines Ausgleichsvorganges ein, so dass ein schnelles Singreifen über die Materialzufuhr unmöglich ist.

Sehr viel schneller lässt sich dagegen die Stranggeschv/indigkeit des ausgebrachten Fördergutes über die Drehzahl des Förderelementes beeinflussen» Hier wird die Zeitkonstante praktisch nur vom max. Drehmoment der Antriebsmaschine und den Trägheitsmomenten bestimmt. Insbesondere kann eine Reduzierung der Drehzahl bei Stranggeschv/indigkeitsspitzen sehr schnell erfolgen.

Das eigentliche Problem einer derartigen Regelung liegt jedoch darin, dass im zeitlichen Kittel die Materialzufuhr gleich dem Förderstrom sein muss, da die Presse nur eine begrenzte Speicherkapazität besitzt. Dies bedeutet, dass der Füllungsgrad der Presse im zeitlichen Mittel konstant gehalten werden muss. Dazu ist eine messbare Grosse notwendig, welche'eine Aussage über den Füllungsgrad liefern kann.

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In der Annahme, dass zur Ausbringung einer bestimmten Förderleistung eine bestimmte mechanische Leistung aufgewendet werden muss, erfolgt bei sinkender Drehzahl notwendigerweise ein Anstieg des Drehmomentes an der Antriebswelle der Presse,

^C3> ^Nmech ^{= n x M}d

Vergleicht man die Formeln (3) und (1), so erkennt man, dass bei sinkender Drehzahl auch der Füllungsgrad ansteigt. Es besteht also ein Zusammenhang zwischen Drehmoment und Füllungsgrad in der Weise, dass bei konstantem Förderstrom jedem Füllungsgrad ein Drehmomentwert zugeordnet ist. Es ist hierbei unerheblich, ob der Zusammenhang zwischen Füllungsgrad und Drehmoment linear ist»

Aus der Formel (1) lässt sich eine weitere Grosse ableiten, welche eine Aussage-über den Füllungsgrad zulässt.-Ist der Förderstrom konstant, so gehört zu jedem Füllungsgrad eine bestimmte Drehzahl des Förderelements. Die notwendige Drehzahl ist hierbei, dem Füllungsgrad umgekehrt proportional·, Auch hier ist eine Linearität des Zusammenhanges nicht notwendig.

Das erfindungsgemässe Verfahren bzw, die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht es somit auf einfache Weise, die Stranggeschwindigkeit mittels der Drehzahl des Förderelementes zu regeln, wobei der Füllungsgrad konstant oder innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten wird, oder der Füllungsgrad kann über das Drehmoment des Förderelementes oder eine ab-

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geleitete Grosse gemessen und durch eine entsprechend geänderte Materialzufuhr geregelt werden« Es ist aber auch möglich, den Füllungsgrad in der Weise über die Materialzufuhr zu regeln, dass sich eine bestimmte Förderelementdrehzahl einstellt.

Der Bauaufwand,der erforderlich ist, um einen öder zwei zusammenwirkende, aus handelsüblichen Bauteilen zusammengesetzte Regelkreise zu bilden, ist gering. Dennoch ist gewährleistet, dass eine tionskette wirtschaftlich optimal arbeitet, phne 4ass dazu das Bedienungspersonal in den Betriebesblauf eingreifen muss, und dass eine Anwendbarkeit bei nahezu allen bekannten Förderelementen gegeben ist.

Weitere Einzelheiten des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Regelung der Ausbringung einer Produktionskette gemäss der Erfindung sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend im einzelnen erläutert wird, zu entnehmen*

Die mit 1 bezeichnete, schematisch dargestellte Anlage in Form einer Produktionskette zur Erzeugung eines Stranges 2, der in einer nicht gezeigten Maschine weiterverarbeitet wird, besteht hierbei im wesentlichen aus einem Beschicker 5 und einer Presse 7 mit einer Förderschnecke 7' als Förderelement, der das zu dem Strang 2 zusammenzupressende Material 10 über ein Förderband 6 zugeführt wird. Der Beschicker 3 und das Förderelement 7^f sind mit getrennten Antriebsmaschinen 4 bzw. 8 ausgestattet, die über Riementriebe 5 bzw. 9 mit diesen in Triebverbindung stehen.

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Um den Füllungsgrad der Presse 7 bzw. des Förderelementes 7' durch Verändern der Antriebsdrehzahl, der Maschine 8 und/oder der Menge des zugeführten Materials 10 möglichst konstant halten zu können, sind zwei zusammenwirkende Regelkreise 21' und 21" vorgesehen die selbstverständlich auch als ein Regelkreis ange- _ sehen v/erden können -, durch die die erforderlichen Regelgrössen ermittelt und den jeweiligen Stellgliedern zugeleitet werden, . -

Dazu wird zunächst die Geschwindigkeit des von' dem Förderelement 7* der Presse 7 erzeugten Stranges 2 mittels eines auf diesem laufenden Tachogenerators gemessen, und dessen Signal wird über eine Leitung einem Vergleicher 23 zugeleitet, in den ein durch den Pfeil 25 gekennzeichneter Soll-Wert eingegeben ist. Die sich aus dem Soll-Ist-Wert-Vergleich ergebende Stellgrösse wird sodann über die Leitung 27 einem der Antriebsmaschine 8 vorgeschalteten Stellglied 26 zugeleitet, - durch das dessen Antriebsdrehzahl über die Leitung 28 verändert wird.

Besonders gut geeignet ist für den Antrieb des Förderelementes 7'ein drehzahlgesteuerter Gleichstrommotor als Antriebsmaschine 8, da sich bei diesem die Drehzahl und das Drehmoment auf einfache Weise aus der Ankerspannung und dem Ankerstrom herleiten lassen.

Der Antriebsmaschine 8 vorgeschaltet ist ferner ein in die Leitung 28 eingesetzter Stromwandler 29, von dem der aufgenommene Strom gemessen und über eine Leitung 31 einem weiteren Vergleicher 30 zugeleitet und 'dort mit dem durch den Pfeil 32 gekennzeichneten

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- lü -

Soll-Wert für den Füllungsgrad im Förderelement 7' verglichen v/ird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 30 gelangt über die Leitung 34 zu einem Drehzahlstel-Ier33 als Stellglied, durch den über die Leitung 35 die Antriebsmaschine 4 des Beschickers 3 beeinflusst wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Fördergeschwindigkeit des Beschickers 3 und/oder des Förderbandes 6, die zusammen die Fördervorrichtung bilden, über die Drehzahl der Antriebsmaschine U zu verändern, um somit den Füllungsgrad des Förderelementes 7¹ zu regeln.

Soll der Füllungsgrad des Förderelementes 7' über dessen Drehzahl geregelt v/erden, so ist der Stromwandler 29 durch einen Spannungswandler zu ersetzen. Der Soll-Wert des Vergleichers 30 v/ird in diesem Fall durch die gewünschte Drehzahl des Förderelementes 7'gebildet.

Um die Geschwindigkeit des Stranges 2 konstant zu halten, ist es auf einfache Weise leicht mögliafi, das Förderelement 7' kurzfristig in seiner Förderleistung zu beeinflussen. Dazu werden lediglich die Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschinen 4 und/oder 8 geändert, so dass Störfaktoren, wie z,B. unterschiedliche Beschaffenheit des Materials 10, zuverlässig ausgeglichen und eine rasche Regelung sowie eine optimale Arbeitsweise der Anlage 1 gewährleistet ist.

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20. Oktober 1972

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Claims

Patentansprüche:

1JVerfahren zur Regelung der Ausbringung einer Produktionskette, insbesondere zur Regelung der Stranggeschwindigkeit bei Schnecken-,. Walzen- oder Scheibenpressen der keramischen Industrie, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Stranggeschwindigkeit des Förderelementes (7') der Prodiaktionskette (l) und/oder der Materialzuführung zu diesem ein oder mehrere elektrische und/oder hydraulische Regelkreise (21% 21") vorgesehen sind, mittels denen die Antriebsdrehzahl des Förderelenentes (7^!) in Abhängigkeit von dem ausgebrachten Fördergut (2) und/oder die Zufuhr des Materials (10 ) zu dem Förderelement (7') in Abhängigkeit von dessen Drehmoment, dessen Antriebsdrehzahl oder· einer anderen Kessgrösse selbsttätig verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Drehzahl des Förderelementes (7¹) die Geschwindigkeit des von diesem ausgebrachten Fördergutes (2) gemessen, mit einem Soll-¥ert verglichen .,. und die sich ergebende Stellgrösse unmittelbar oder über Zwischenglieder, beispielsweise.in Form eines CTleichstromstellers (26) als Stellglied, der Antriebs.-maschine (S) des Förderelemerites (7¹) zugeleitet-wird»
3. Verfahren'nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förder element (7¹) bzw, zu der Presse (7) das Drehmoment der Antriebsmaschine (8) oder deren Drehzahl gemessen, mit einem Soll-Wert verglichen uiicL die sich ergebende . .Stellgrösse unmittelbar oder über Zwischenglieder, beispielsweise in Form eines Drehzahlstellers.(30) als Stellglied, der Antriebsmaschine(4) der FördervorrichtunG; (3, 6) zugeleitet wird*

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4. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Ausbringung einer Produktionskette, insbesondere zur Regelung der Stranggeschwindigkeit bei Schnecken-, Walzen- oder Scheibenpressen der keramischen Industrie, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Stranggeschwindigkeit des Förderelementes (7¹) der Produktionskette (1) ein von dem ausgebrachten Fördergut (2) beeinflussbarer Mess- oder Tachogenerator (22) od.dgl. vorgesehen ist, der mit einem SoIl-Ist-Wert-Versteller (2.3) in Verbindung steht, und dass der Versteller (23) unmittelbar oder über Zwischenglieder als Stellglied (26) an die Antriebsmaschine (8) des Förderelementes (7) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmaschine (8) des Förderelementes (7¹) bzw, der Presse (7) ein Gleichstrommotor vorgesehen ist, dem ein von dem Versteller (23) beeinflussbarer Gleichstromsteller (26) vorgeschaltet ist.
6. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Ausbringung einer Produktionskette nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Materialzuführung zu dem Förderelement (7¹) bzw. zu der Presse (7) der Produktionskette (l) in Abhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl oder einer anderen Messgrösse der Antriebsmaschine (8) des Förderelementes (7') dieser ein Strom- oder Spannungswandler (29) zugeordnet ist, der mit einem SoIl-Ist-Wert-Versteller (30) in Verbindung steht, und dass der Versteller (30) unmittelbar oder über Zwischenglieder, beispielsweise in Form eines Drehzahlstellers als Stellglied (33), an die Antriebsmaschine (4) der Fördervorrichtung (3, 6) angeschlossen ist.

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16e Oktober 1972

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