Rollenspeicher werden häufig in Geldautomaten verwendet, da sie auf einfache Weise das Einspeichern und Ausgeben der- selben Banknoten ermöglichen. Beim Befüllen oder Einspei- chern werden die ankommenden Banknoten nacheinander auf die Wickeltrommel zwischen die Wickellagen gewickelt. Die Dreh- zahl der Wickeltrommel kann dabei beispielsweise abhängig von den gezählten Banknoten angepaßt werden. Beim Entspei- chern bzw. Ausgeben der Banknoten werden diese nach dem Prinzip"Last in, First out"wieder von der Wickeltrommel abgewickelt, wobei die Folie dabei auf die Folientrommel aufläuft.

Damit das Hin-und Herspulen der Folie nicht dazu führt, daß die Folie aus einer vorhandenen seitlichen Führung he- rausläuft, muß die Folie stetig unter Zug gehalten werden, um eine Schlaufenbildung zu vermeiden.

Eine möglichst gleichmäßige Zugspannung in der Folie läßt sich beispielsweise durch eine in beide Richtungen wirkende Reibbremse erreichen. Reibbremsen haben aber den Nachteil, daß sie hohe Änderungen im Reibmoment, insbesondere nach

längeren Betriebspausen oder auch durch Temperaturänderun- gen bei längerem Betrieb aufweisen. Um dies zu kompensie- ren, d. h. immer einen sicheren Betriebszustand zu gewähr- leisten, müssen vergleichsweise hohe Reibmomente einge- stellt werden, die wiederum zu einem entsprechenden Ver- schleiß an der gesamten Mechanik führen, so daß eine häufi- ge Wartung und Nachstellung des Reibmomentes erforderlich ist. Außerdem tritt ein entsprechend hoher Energieverlust auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Schlaufenbildung der Folie zuverlässig vermieden und ein energiesparender Betrieb des Rollenspeichers gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannung der Folie auf einen vorgegebenen Soll-Wert gere- gelt wird.

Durch die Regelung der Folienspannung oder Folienzugkraft auf einen vorgegebenen niedrigen Wert, beispielsweise 10 Newton, kann eine längere Lebensdauer der Folie garantiert werden. Häufig beobachtete Reckvorgänge, die insbesondere an den Rändern der Kunststoffolien auftreten und zu Rissen an den Folienrändern oder wegen der ungleichmäßigen Längung der Folie zum Ablaufen der Folie aus ihrer Spur führen, lassen sich dadurch vollständig eliminieren. Dadurch daß ein niedriger Wert für die Folienspannung vorgegeben und eingehalten werden kann, können Antriebsmotoren mit gerin- geren Leistungen eingesetzt werden, wodurch sich der Ener- gieverbrauch des Rollenspeichers verringert. Die geringere Beanspruchung der Folie ermöglicht eine Reduzierung der Fo-

liendicke, so daß bei gleichem Bauraum für den Rollenspei- cher dieser eine höhere Speicherkapazität hat.

Für die Regelung muß der Ist-Wert der Folienspannung erfaßt werden. Dies kann durch eine direkte Messung der Folien- spannung, beispielsweise durch die Verwendung von Dehnungs- meßstreifen erfolgen. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch indirekt aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Motors sowie dem aktuellen Radius und Trägheits- moment der Folientrommel berechnet werden.

Rollenspeicher werden, wie oben erläutert wurde, in der Re- gel in übergeordneten Geräten, beispielsweise Geldverarbei- tungseinrichtungen eingesetzt, wie z. B. in automatischen Kassentresoren oder in Geldrecyclingsystemen. Das bedeutet, daß der Rollenspeicher Banknoten mit einer der Verarbei- tungsgeschwindigkeit der Banknoten in dem übergeordneten Gerät entsprechenden Geschwindigkeit einspeichern und aus- geben können muß. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Um- fangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel auf einen vorgegebe- nen Soll-Wert geregelt werden kann. Durch die Regelung der Umfangsgeschwindigkeit kann die Einspeicher-und Ausgabege- schwindigkeit des Rollenspeichers flexibel an Änderungen in dem übergeordneten System angepaßt werden. Außerdem können durch eine derartige Regelung die Abstände zwischen den einzuspeichernden Blättern oder Banknoten auf ein Minimum reduziert werden. Dies führt wiederum zu einer höheren Speicherkapazität des Rollenspeichers.

Bei der gleichzeitigen Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel und der Folienspannung durch die Ansteue- rung der Motoren für die Folientrommel und die Wickeltrom- mel erhält man ein System mit einer Mehrgrößenregelung. Die

Drehmomente beider Motoren wirken sowohl auf die Wickel- trommelgeschwindigkeit als auch auf die Folienspannung oder Zugkraft der Folie, indem einerseits eine vorgegebene Wi- ckelgeschwindigkeit erreicht werden soll, andererseits durch eine entsprechende Ansteuerung beider Motoren die Fo- lie abgebende Trommel jeweils gegenüber der Folie aufneh- menden Trommel leicht abgebremst wird, um die Folie zwi- schen den Trommeln zu spannen. Das bedeutet, daß das Moment des Motors der Folientrommel über die eigentlich zu beein- flussende Folienspannung auch auf die Umfangsgeschwindig- keit der Wickeltrommel wirkt. Umgekehrt soll zwar durch das Drehmoment des Motors der Wickeltrommel primär nur die Um- fangsgeschwindigkeit der letzteren geregelt werden, jedoch entsteht auch hier eine Rückwirkung auf die Folienspannung.

Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben zu können, werden die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wi- ckeltrommel durch ein mathematisches Filternetzwerk rechne- risch entkoppelt, wonach auf der Basis der ermittelten Ist- Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel, der Drehzahl der Folientrommel und der vorgegebenen Systemparamenter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor berechnet werden können.

Die Erfindung betrifft ferner einen Rollenspeicher zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß den Ansprüchen 8 bis 16.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Aus- führungsbeispieles erläutert. Es zeigen :

Figuren 1-3 jeweils eine schematische Darstellung eines Rollenspeichers zur Erläuterung der Ar- beitsweise desselben, Figur 4 eine schematische Darstellung der wesentli- chen Elemente des erfindungsgemäßen Rollen- speichers und ihre Verbindung mit einer Steuereinrichtung, Figur 5 ein vereinfachtes physikalisches Block- schaltbild der Regelstrecke des in Figur 4 dargestellten Rollenspeichers ohne die Mo- toren, Figur 6 ein mathematisches Blockschaltbild des Rol- lenspeichers und Figur 7 ein mathematisches Blockschaltbild des Rol- lenspeichers mit Entkopplungsfilter.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Rollenspeicher um- faßt ein Gehäuse 10, in dem eine allgemein mit 12 bezeich- nete Folientrommel und eine mit 14 bezeichnete Wickeltrom- mel um zueinander parallele Achsen 16 bzw. 18 drehbar gela- gert sind. Die Folientrommel 12 hat einen Trommelkern 20, auf den eine bandförmige, aus Kunststoff bestehende Folie 22 zu einem Wickel 24 aufwickelbar ist, wobei in der Fig. 1 der minimale und der maximale Durchmesser des Folienwickels 24 angedeutet sind. Die Folie 22 verläuft von der Folien- trommel 12 über stationäre Umlenkrollen 26 und eine beweg- liche Umlenkrolle 28 zu der Wickeltrommel 14, wo sie auf einen Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 aufläuft und ei- nen Speicherwickel 32 bildet. Die bewegliche Umlenkrolle 28 wird dabei durch nicht dargestellte Mittel jeweils am Um-

fang der Wickeltrommel 14 gehalten. Die Stellungen der be- weglichen Umlenkrolle 28 bei minimalem Radius und maximalem Radius der Wickeltrommel 14 sind in Fig. 1 ebenfalls ange- deutet.

Zum Einführen von blattförmigen Gegenständen, beispielswei- se Banknoten 34 in den Spalt zwischen der Umfangsfläche der Wickeltrommel 14 und der beweglichen Umlenkrolle 28, und somit zwischen zwei Wickellagen der auf die Wickeltrommel 14 auflaufenden Folie 22 dient eine Transportkulisse 36, die ebenso wie die bewegliche Umlenkrolle 28 verstellbar ist.

Werden die Folientrommel 12 und die Wickeltrommel 14 im Ge- genuhrzeigersinn gemäß Fig. 2 gedreht, so daß die Folie 22 in der durch die Pfeile in Fig. 2 angegebenen Richtung auf die Wickeltrommel 14 aufläuft, werden Banknoten 34 in den Wickel 32 eingewickelt, d. h. in den Rollenspeicher einge- speichert. Werden dagegen die Trommel 12 und 14 in der in der Fig. 3 dargestellten Weise im Uhrzeigersinn angetrie- ben, läuft die Folie 22 von der Wickeltrommel 14 auf die Folientrommel 12 auf, wobei die Banknoten 34 aus dem Spalt zwischen der Oberfläche der Wickeltrommel 14 und der beweg- lichen Umlenkrolle 28 herausgegeben, d. h. ausgespeichert werden. Die soweit beschriebene Funtionsweise eines Rollen- speichers ist an sich bekannt.

Fig. 4 zeigt die wesentlichen Elemente des Rollenspeichers und ihre Verknüpfung mit einer Steuer-und Regelvorrich- tung. Dabei sind die mit der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 übereinstimmenden Elemente auch mit den gleichen Be- zugszeichen versehen.

Der Trommelkern 20 der Folientrommel 12 ist mit einer Welle 38 verbunden, die ein Riemenzahnrad 40 trägt. Dieses ist über einen Zahnriemen 42 mit dem Antriebsritzel 44 eines Elektromotors 46 gekoppelt.

In gleicher Weise ist der Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 mit einer Welle 48 verbunden, die ein Riemenzahnrad 50 trägt. Dieses ist über einen Zahnriemen 52 mit dem An- triebsritzel 54 eines zweiten Elektromotors 56 verbunden.

Jeder der Elektromotoren 46 und 56 ist mit einem Encoder 58 bzw. 60, z. B. einem Inkrementaldecoder gekoppelt, dessen Ausgangssignal jeweils einer Steuereinrichtung 62 zugeführt wird. Ein weiteres Eingangssignal erhält die Steuereinrich- tung 62 von einem Dehnungsmeßstreifen 64, der zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung dient, wobei die aktuelle Folienspannung auch auf anderem Wege ermittelt werden kann, wie dies oben erläutert wurde.

Auf der Basis der von den Encodern 58 und 60 ermittelten Drehzahlinformation und des Ist-Wertes der Folienspannung, der vorgegebenen Soll-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel 14 sowie der vor- gegebenen Systemparameter ermittelt die Steuereinrichtung 62 dann Ansteuersignale für die Motoren 46 und 56, um diese so anzutreiben, daß die vorgegebenen Soll-Werte für die Fo- lienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrom- mel 14 eingehalten werden.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 zeigt die Kopplung zwi- schen den Stellgrößen und den Regelgrößen des Systems. Da- bei bezeichnen die Formelzeichen in Fig. 5 folgende Größen : MG, MF Momente der Motoren 56,46

Vg, = Umfangsgeschwindigkeiten der Trommeln 14,12 F = Folienspannung d, c = Dämpfung und Federkonstante der Folie Je, JF Trägheitsmomente der Trommeln 14,12 rG, rF aktuelle Radien der Trommeln 14,12 Die Regelgrößen sind die Folienspannung F und die Umfangs- geschwindigkeit vg der Wickeltrommel 14. Die Stellgrößen sind die Motordrehmomente MF und MG. Das Drehmoment MF des Folientrommelmotors 12 wirkt über die eigentlich zu bein- flussende Folienspannung F auch auf die Geschwindigkeit VG der Wickeltrommel. Durch das Drehmoment MG des Wickeltrom- melmotors 56 soll primär nur die Umfangsgeschwindigkeit VG der Wickeltrommel 14 geregelt werden. Aber auch hier ent- steht eine Rückwirkung auf die Folienspannung, da diese ja durch eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Foli- entrommel 12 und der Wickeltrommel 14 erzeugt werden soll.

Die Kopplung zwischen den Stell-und Regelgrößen wird durch das mathematische Blockschaltbild gemäß Fig. 6 wiedergege- ben. Dabei bezeichnet Gi (s) die Übertragungsfunktionen, die das dynamische Verhalten des Systems beschreiben. Die Pfeile zeigen die Kopplungswege zwischen den Stellgrößen MF, MG und den Regelgrößen F, vg auf.

Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben und die erforderlichen Regler bestimmen zu können, muß die Kopplung zwischen MG und F bzw. MF und vg eliminiert werden.

Dies kann auf mathematischem Wege durch ein Filternetzwerk gemäß Fig. 7 erfolgen. Dieses Filternetzwerk umfaßt Über-

tragungsfunktionen Vi (s), die so zu bestimmen sind, daß das folgende Gleichungssystem erfüllt ist : Vi (s)-G3 (s) = V3 (S) G4 (s) V2 (s)-Gi (s) = V4 (s)-G2 (s) Sind die vorstehenden Gleichungen erfüllt, werden die uner- wünschten Kopplungspfade im System durch das vorgeschaltete Filternetzwerk eliminiert, so daß nur noch das Motordrehmo- ment MG mit der Umfangsgeschwindigkeit vg und das Motor- drehmoment MF mit der Folienspannung F gekoppelt sind. Da- durch sind zwei Regelkreise entstanden, die unabhängig von- einander ausgelegt werden können.

Beim Entwurf der Regelung ist neben der zuvor beschriebenen Kopplung der Systemgrößen zu beachten, daß sich durch das Auf-und Abwickeln der Folie auch die Radien der Trommeln und damit verbunden die Trägheitsmomente derselben ändern.

Die sich zeitlich ändernden Radien und Trägheitsmomente er- geben ein nicht-lineares Systemverhalten. Die Änderung der Radien kann näherungsweise durch eine archimedische Spirale beschrieben werden: a @Folientrommel = rTrommel kern + 2# (#0 + #) Erläuterung der Formelzeichen: rFOlientrommel = aktueller Radius der Trommel mit Folie rTrommelkern = Radius der Trommel ohne Folie, d. h. Radius des Trommelkerns a = Dicke der Folie

(po = Startwinkel der Trommel <p = aktuelle Winkellage der Trommel Die Winkellage tp der Trommeln kann durch Messung und Integ- ration der Winkelgeschwindigkeit der Motoren 46 und 56 er- mittelt werden.

Mit Hilfe der zuvor ermittelten Radien und der Material- kennwerte der Folie 22 wird das Trägheitsmoment der Folie bestimmt: <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 4 4<BR> JFolie = ½ #FoliebFolie#(rFolientrommel - rTrommel kern) Erläuterung der Formelzeichen : bfolie = Breite der Folie Dichte der Folie Der jeweilige Folienwickel 24,32 wird dabei als Hohlzylin- der betrachtet, der auf dem jeweiligen Trommelkern 20 bzw.

30 steckt. Die Trägheitsmomente der Trommelkerne 20,30 sind Konstanten und werden aus den Konstruktionsdaten er- mittelt.

Um den Einfluß der zu speichernden Banknoten auf den Radius und das Trägheitsmoment der Wickeltrommel 14 zu berücksich- tigen, wurde ein einfaches Modell entwickelt, das die Bank- noten als eine"Papierlage"zwischen den Folienlagen be- schreibt. Bei der Papierlage wird eine Dichte berechnet, die die durch die Regelung eingestellten Abstände zwischen den Banknoten berücksichtigt.

Da die Änderungsgeschwindigkeit der Radien und damit der Trägheitsmomente bei einer geforderten maximalen Wickel-

trommelgeschwindigkeit vg von 1,2m/s relativ gering ist, kann die zeitliche Änderung der Streckenparameter durch einfache lineare Übertragungsfunktionen mit sich ändernden Koeffizienten kompensiert werden.

Für die Regelung der Folienspannung und der Umfangsge- schwindigkeit vg der Wickeltrommel 14 können aus der Lite- ratur bekannte Regelungskonzepte, wie z. B. Kaskadenregelun- gen oder auch Zustandsregelungen mit Beobachter verwendet werden. Unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung stellt dann der Motor 56 an der Wickeltrommel 14 nur die gewünsch- te Wickelgeschwindigkeit vg ein. Der Folientrommelmotor 56 hingegen ist ausschließlich für die Einhaltung der ge- wünschten Folienspannung F verantwortlich.

Antelle eines Inkrementalencoders 58 am Folientrommelmotor 46 kann auch ein einfacher Impulsgeber oder-zähler verwen- det werden, der bei jeder vollen Umdrehung der Folientrom- mel 12 inkrementiert oder dekrementiert wird, da sich das Trägheitsmoment der Folientrommel 12 bei jeder Umdrehung nur relativ wenig ändert und da für die Regelung des Ge- samtsystems die Bestimmung der Folientrommelgeschwindigkeit nicht unbedingt notwendig ist.

Zur Messung der Folienspannung dient im dargestellten Aus- führungsbeispiel ein Dehnungsmeßstreifen 64. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch durch die Messung des Stroms im Motor 46 und durch Berechnung des Radius und des Trägheitsmomentes der Folientrommel 12 indirekt bestimmt werden.