Die Bedeutung der Bahnspannungsregelung

Schauen Sie sich um – viele der Produkte, die Sie sehen und verwenden, werden mit dem Einsatz von irgendeiner Art von Systemen zur Bahnspannungsregelung hergestellt. Von Ihrer morgendlichen Müsliverpackung bis zum Etikett auf Ihrer Wasserflasche gibt es überall, wo Sie hinschauen, Materialien, die während des Herstellungsprozesses auf eine genaue Regelung der Bahnspannung angewiesen sind. Unternehmen auf der ganzen Welt wissen, dass die korrekte Bahnspannungsregelung “Alles oder nichts” bei diesen Fertigungsprozessen bedeutet. Aber warum? Was ist eine Bahnspannungsregelung und warum ist sie in der verarbeitenden Industrie so wichtig?

Bevor wir in die Spannungsregelung einsteigen müssen wir zunächst verstehen, was man unter Spannung versteht. Spannung ist hier der Zug oder eine auf das Material ausgeübte Kraft, um es in der Zugrichtung zu dehnen. Bei einem Fertigungsprozess beginnt dieser Zustand dann, wenn ein Material durch ein nachgeschaltetes Verarbeitungsverfahren in den Prozess hineingezogen wird. Wir definieren hier Spannung als das im Zentrum der Rolle vorhandene Drehmoment geteilt durch den Rollenradius: Spannung = Drehmoment / Radius (T = TQ / R).  Bei einer zu hohen Spannung dehnt sich das Material aus und beim Überschreiten der Scherfestigkeit des Materials kann die Bahn sogar reißen. Auf der anderen Seite kann eine zu geringe Spannung Ihrem Endprodukt schaden. Unzureichende Spannungen können zum Ineinanderschieben des Materials oder zu Durchhängern an den aufgewickelten Rollen und letztendlich zu einem Endprodukt von geringerer Qualität führen.

Tension Formula

Zum Verstehen der Bahnspannnungsregelung gehört auch die genaue Definition von „Bahn“. Hiermit bezeichnen wir jedwedes Material, das kontinuierlich von und/oder einer Rolle zugeführt wird, wie Papier, Kunststoff, Folie, Filament, Textilien, Draht oder Metall und mehr. Die Bahnspannungsregelung ist das Verfahren zur Aufrechterhaltung der gewünschten Spannung an der Bahn, je nach den Anforderungen des Materials. Dabei wird die Spannung gemessen und auf einem gewünschten Sollwert konstant gehalten, so dass die Bahn ruckfrei den gesamten Produktionsprozess durchläuft. Die Spannung wird im Allgemeinen entweder in Pfund pro Zoll (PLI) oder in Newton pro Zentimeter (N/cm) gemessen.

Eine geeignete Spannungsregelung hat zum Ziel, die jeweils erforderliche Bahnspannung einzustellen, um die Dehnung des Materials zu kontrollieren und möglichst gering zu halten. Sie muss während des gesamten Prozesses auf dem gewünschten Niveau aufrechterhalten werden. Es ist eine Faustregel, stets mit der geringstmöglichen Spannung zu arbeiten, damit man ein Endprodukt in der gewünschten Qualität erhält. Bleibt die Spannung während des gesamten Prozesses nicht genau auf dem gewünschten Wert kann dies zu Falten, Bahnrissen und damit zu mangelhaften Prozessergebnissen führen wie Verflechten (Schneiden), Lageungenauigkeiten (Drucken), ungleichmäßige Schichtdicke (Beschichtung), Längenänderungen (Folien), Ablösungen beim Laminieren, Rollenfehlern (Ineinanderschieben, sternförmige Einrisse), um nur einige zu nennen.

Die Hersteller stehen unter Druck, mit den wachsenden Anforderungen Schritt zu halten und Qualitätsprodukte so effizient und effektiv wie möglich herzustellen. Dies führt zu einer Nachfrage nach besseren, leistungsfähigeren und qualitativ hochwertigeren Fertigungsanlagen. Gleich, ob es sich um die Weiterverarbeitung, Schneiden, Drucken, Laminieren oder andere Prozesse handelt, für jeden von ihnen gilt – die richtige Bahnspannungsregelung ist der Unterschied zwischen hochwertiger, kostengünstiger Produktion oder einer minderwertigen, kostspieligen Produktion mit hohem Ausschuss und Frustration durch gerissene Bahnen.

Als weltweit führendes Unternehmen in der Herstellung hochwertiger Anlagen zur Regelung der Bahnspannung mit über 75 Jahren branchenspezifischem Wissen, Erfahrung und Know-how weiß Montalvo, dass jeder Kunde und jeder Prozess nach seinen eigenen Anforderungen bewertet und die passende Lösung gefunden dazu werden muss. Für eine maximale Produktionseffizienz mit geringstmöglichen Ausfallzeiten und Ausschuss darf man die Bahnspannungsregelung nicht dem Zufall überlassen. Montalvo hat Erfahrung auf dem Gebiet der Bahnspannungsregelung und auch der Materialverarbeitung.

Manual Tension Control Chart

Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren zur Regelung der Bahnspannung, manuell oder automatisch. Bei der manuellen Regelung sind die Aufmerksamkeit und Anwesenheit des Bedieners fortlaufend erforderlich, um die Drehzahl und das Drehmoment während des gesamten Prozesses zu regeln und anzupassen. Bei einer automatischen Regelung muss der Bediener lediglich die Spannungsregelung einrichten, die danach für die Aufrechterhaltung der gewünschten Spannung während des gesamten Prozesses sorgt. Dies reduziert die Bedienereingriffe erheblich. Montalvo nennt diese überlegene Lösung “Set It and Forget It”, d.h. stell alles ein und vergiss es dann.  Bei automatischen Regelungsverfahren werden sowohl offene Regelkreise als auch geschlossene Regelkreise eingesetzt.

Systeme mit offenem Regelkreis

Ein System mit offenem Regelkreis besitzt drei Hauptbestandteile: Regler, Drehmomentvorrichtung (Bremse, Kupplung oder Antrieb) und Rückmeldesensor. Der Rückmeldesensor liefert Angaben über den Rollendurchmesser, und der Prozess wird proportional zum Durchmessersignal geregelt. Stellt der Sensor Durchmesseränderungen fest und gibt dieses Signal an den Regler weiter, verstellt dieser dementsprechend das Drehmoment der Bremse, der Kupplung oder den Antrieb, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Obwohl bei diesem System die Bahnspannung nicht kontinuierlich gemessen und nachgeregelt wird, hat Montalvo Spannungsregelungssysteme mit offenem Regelkreis entwickelt. Die Genauigkeit dieses Regelungssystems liegt innerhalb etwa 8 bis 10% des gewünschten Spannungsniveaus während des gesamten Prozesses.

Systeme mit geschlossenem Regelkreis

Der Vorteil eines Systems mit geschlossenem Regelkreis  besteht darin, dass hier die Bahnspannung kontinuierlich überwacht und mit einer Genauigkeit von 96-100% auf dem gewünschten Sollwert gehalten wird. Ein System mit geschlossenem Regelkreis besitzt vier Hauptbestandteile: Regler, Drehmomentvorrichtung (Bremse, Kupplung oder Antrieb), Bahnspannungs-Messgerät (Kraftmessdose oder Tänzerarm) und das Messsignal. Der Regler erhält eine direkte Rückmeldung des am Material gemessenen Werts von der Kraftmessdose oder dem Tänzerarm. Bei einer Spannungsänderung wird ein elektrisches Signal gegeben, das der Regler in Bezug auf die eingestellte Spannung interpretiert. Er regelt dann das Drehmoment der Drehmomentvorrichtung, um den gewünschten Sollwert aufrecht zu erhalten. Wie ein Tempomat Ihr Auto auf einer voreingestellten Geschwindigkeit hält, hält ein geschlossenes Bahnspannungsregelungssystem Ihre Bahnspannung auf einer voreingestellten Spannung.

Sie erkennen, dass “Good Enough” in der Welt der Spannungsregelung in der Regel nicht mehr gut genug ist. Die Bahnspannungsregelung ist ein wesentlicher und wichtiger Bestandteil jedes hochwertigen Herstellungsprozesses, was oft einen “gut genug” -Prozess von einem branchenführenden Prozess für hochwertige Materialien und Endprodukte unterscheidet. Der Einbau einer automatischen Bahnspannungsregelung erweitert sowohl die vorhandenen als auch die zukünftigen Möglichkeiten Ihres Prozesses und bietet Ihnen, Ihren Kunden und den Endkunden entscheidende Vorteile. Die Bahnspannungsregelungssysteme von Montalvo sind als einbaufertige Lösungen für Ihre bestehende Maschine ausgelegt und führen zu einer schnellen Rendite. Gleich, ob Sie ein System mit offenem Regelkreis oder geschlossenem Regelkreis benötigen, Montalvo unterstützt Sie bei der Suche und der Installation einer Anlage zur Steigerung Ihrer Produktivität und Rentabilität auf das von Ihnen geforderte Niveau.