Spannungsregelung in der Bahnverarbeitung meistern: Wesentliche Komponenten erklärt

Spannungsregelung in der Bahnverarbeitung – Schlüsselkomponenten
Kürzlich hatte Flexible Packaging die Gelegenheit, Mark Breen von Dover Flexo Electronics New Hampshire zu interviewen. Sure Controls freut sich, diese wertvollen Informationen zu teilen. Wenn Sie in Wisconsin ansässig sind, ist Sure Controls Ihr Ansprechpartner für Bahnverarbeitungsbedarf. Wir verstehen sowohl die Kunst als auch die Wissenschaft dahinter. Unser Ingenieurteam verfügt über Branchenerfahrung sowie mehrjährige Erfahrung im Account Management.

Was ist Spannungsregelung?

Der Begriff „Spannungsregelung“ in der Materialverarbeitung bezeichnet die dynamische Regelung der Spannung auf einer Bahn, die durch die Verarbeitungszone einer Maschine gezogen wird. Spannung entsteht entweder durch ein Spannvorrichtung, die zieht (meist eine angetriebene Nip-Walze, Anpresswalze oder Wickler) an einem Ende der Bahn (wie in einer Aufwickel- oder Zwischenzone), oder durch Erhöhung des Widerstands am anderen Ende (mit einer Bremse, Kupplung oder regenerativen Antrieb, wie in einer Abwickelzone).

Offene Regelkreise (Open Loop)

In einem offenen Regelkreis wird die Bahnspannung von einem Gerät – wie einem Spannungsaufnehmer – gemessen und dann auf einem Messgerät oder einer anderen Anzeige ausgegeben. Der Maschinenbediener betrachtet die gemessene Spannung und justiert manuell eine Spannvorrichtung, um die tatsächliche Bahnspannung dem Sollwert anzunähern.

Geschlossene Regelkreise (Closed Loop)

In einem geschlossenen Regelkreis wird die Prozessgröße (in unserem Fall die Bahnspannung) in einer bestimmten Prozesszone viele Male pro Sekunde gemessen. Der Ausgang des Reglers an die Spannvorrichtung wird mit konstanter Schleifenrate angepasst, basierend auf dem Fehlersignal, das entsteht, wenn der Regler den gemessenen Spannungswert mit dem gewünschten Referenzwert (Sollwert) vergleicht.

Unterschied zwischen Aufnehmer-/Lastzellen-System und Dancer-Regelsystem

In einem Dancer-System signalisiert der Regler der Dancer-Walze (über die die sich bewegende Bahn läuft), ihre Position als Reaktion auf eine Positionsänderung zu ändern. Obwohl die ursprüngliche Positionsänderung durch eine Spannungsänderung der Bahn verursacht wird, misst der Regler die Spannung nicht direkt und reagiert nicht so unmittelbar auf Kraftänderungen wie ein aufnehmerbasiertes System.
Steigt die Spannung, ändert der Dancer seine Position, bewegt einen Sensor – meist ein Potentiometer – und signalisiert dem Regler, das Drehmoment zu verringern oder zu erhöhen, damit der Dancer in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Sinkt die Spannung, läuft die entgegengesetzte Sequenz ab. Dancer sind eigentlich Positionierregler, keine Spannungsregler. Der Hauptvorteil des Systems ist seine Bahnansammelfähigkeit, die Spannungsaufnehmersysteme fehlt. Ein Dancer-System kann nachsichtiger gegenüber Geschwindigkeitsvariationen sein, die durch aus der Runde laufende Walzen oder häufiges Anfahren und Stoppen entstehen, hat aber Nachteile. Im Vergleich zu Spannungsaufnehmersystemen sind sie teurer in Design, Bau und Installation. Sie sind schwer richtig auszulegen und anfällig für Fehler durch Masse, Dämpfung und Reibung. Sie können die Spannung nicht anzeigen oder kleine, aber signifikante Spannungstransienten im Prozess kompensieren.
In einem Spannungsaufnehmersystem messen speziell konstruierte Kraftaufnehmer (Spannungssensoren) die tatsächliche Bahnspannung im Verarbeitungsprozess. Die Aufnehmer werden typischerweise paarweise eingesetzt, wobei einer an jedem Ende einer gewöhnlichen Leerlaufwalzenwelle montiert ist.

Welche gängigen Teile/Komponenten fallen in einem Spannungsregelsystem der Bahnverarbeitung aus? Sollten Verarbeiter diese Teile bevorraten, um Produktivitätsverluste durch Fehlfunktionen zu vermeiden?

Aufgrund der statischen Natur der meisten dieser Produkte – sie werden am Maschinenrahmen verschraubt und erfahren typischerweise minimale physische Belastung während ihrer Lebensdauer – sehen wir im Feld sehr wenige echte Produktausfälle. Die Komponenten mit kürzerer Lebensdauer sind jene an Reibungs- und Verschleißstellen. Lager in den Aufnehmern, die sich bei lebenden Wellen-Aufnehmern mit der Leerlaufwalzenwelle drehen, können sich mit der Zeit abnutzen und nach einigen Jahren ausgetauscht werden müssen. Auch die Reibbeläge pneumatischer Bremsen sind Verbrauchsmaterialien, die je nach Anwendungsbeanspruchung turnusmäßig ersetzt werden müssen.
Abgesehen von Ersatz-Reibbelägen für Bremsen empfehlen wir unseren Kunden keine Komponenten zur Bevorratung – außer vielleicht ein oder zwei Ersatzaufnehmer für den seltenen Fall eines Notfall-Austauschs.

Sie haben alte Spannungsregelungsausrüstung, die scheinbar einwandfrei funktioniert. Wann sollte ein Austausch in Betracht gezogen werden?

Das ist eine knifflige Frage für uns. Während wir gerne neue Produkte verkaufen, ist unsere Mission gegenüber unseren Kunden, sie mit Ausrüstung und einer Gesamtlösung zu versorgen, die viele Jahre ohne Austauschbedarf hält. Der einzige echte Treiber für einen Verarbeiter oder Drucker, ein funktionierendes altes Spannungsregelsystem zu erneuern, ist persönliche Präferenz. Zwei Gründe für ein Upgrade wären: 1) Neuere Spannungsregelungs- und Anzeigegeräte verfügen über erweiterte Funktionsumfänge, die attraktiv sein können, wie leichter bedienbare grafische Oberflächen mit Touchscreens; und 2) Jegliche Garantie, die mit dem Kauf neuer Ausrüstung einhergeht.
Wie bei Unterhaltungselektronik schrumpfen Mikroprozessoren und werden leistungsfähiger, sodass die Anzahl der Funktionen und Vorteile, die in einem einzelnen industriellen Elektronikgerät realisiert werden können, ebenfalls zunimmt. Wenn ein neuer Spannungsregler mit fortschrittlicherer Technologie, größerem Funktionsumfang und kleinerem Footprint zu einem vernünftigen Preis auf den Markt kommt, können Nutzer die Ablösung eines älteren Reglers oft auf Kosten-Nutzen-Basis rechtfertigen.
Die Wahrheit ist: Viele unserer Kunden bleiben gerne bei ihrer alten Ausrüstung, wenn sie einwandfrei funktioniert. Wir haben Tausende von Spannungsreglern, Anzeigegeräten und Aufnehmern auf Maschinen in ganz Nordamerika, die seit zwei oder sogar drei Jahrzehnten stetig in der industriellen Produktion laufen.