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(11) | EP 1 693 323 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Rollenwechsler einer Rollendruckmaschine sowie Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers |
| (57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine,
mit einem Kaskadenregelkreis aus einer Stromregelung (21) und einer der Stromregelung
(21) überlagerten Drehzahlregelung (22) zur Regelung der Drehzahl eines eine Bedruckstoffrolle
(10) antreibenden Motors (14) und damit zur Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der
Bedruckstoffrolle (10) bzw. der Bahngeschwindigkeit einer von der Bedruckstoffrolle
(10) abzuwickelnden Bedruckstoffbahn (12), und mit einer dem Kaskadenregelkreis aus
Stromregelung (21) und Drehzahlregelung (22) im Sinne einer weiteren Kaskade überlagerten
Lageregelung (29) für eine auf die abgewickelte Bedruckstoffbahn (12) einwirkende
Tänzerwalze (16), wobei die Tänzerwalze (16) der Bereitstellung einer definierten
Bahnspannung dient. Erfindungsgemäß wird: a) bei einem Rollenwechsel zur Synchronisation
der Umfangsgeschwindigkeit einer neuen Bedruckstoffrolle auf die Umfangsgeschwindigkeit
der auslaufenden Bedruckstoffrolle die Lageregelung (29) der Tänzerwalze (16) deaktiviert
und zur Bildung eines Sollwerts (28) der Stromregelung (21) einer Ausgangsgröße (27)
der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente der differenzierte Sollwert (24)
der Drehzahlregelung (22) aufgeschaltet; b) nach erfolgtem Rollenwechsel die Lageregelung
(29) der Tänzerwalze (16) aktiviert und zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung
(21) der Ausgangsgröße (27) der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente der
differenzierte Istwert (36) der Lageregelung (29) aufgeschaltet.
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[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rollenwechsler einer Rollendruckmaschine.
[0002] Rollenwechsler von Rollendruckmaschinen übernehmen in erster Linie drei Hauptaufgaben, erstens das Abspulen einer Bedruckstoffbahn von einer Bedruckstoffrolle mit einer definierten Bahngeschwindigkeit, zweitens das Aufbringen einer definierten Bahnspannung auf die abzuspulende Bedruckstoffbahn und drittens die Ausführung eines Rollenwechsels zwischen einer auslaufenden Bedruckstoffrolle und einer neuen Bedruckstoffrolle. Rollenwechsler werden auch als Rollenträger bezeichnet. Beim Abspulen der Bedruckstoffbahn von der Bedruckstoffrolle steht das Einhalten der definierten Bahngeschwindigkeit sowie das Aufbringen der definierten Bahnspannung im Vordergrund. Soll hingegen ein Rollenwechsel zwischen einer auslaufenden Bedruckstoffrolle und einer neuen Bedruckstoffrolle ausgeführt werden, so muss die neue Bedruckstoffrolle auf die Umfangsgeschwindigkeit der auslaufenden Bedruckstoffrolle beschleunigt werden, um so die Bahngeschwindigkeiten der jeweiligen Bedruckstoffbahnen zu synchronisieren.
[0003] Die Einhaltung einer definierten Bahngeschwindigkeit sowie einer definierten Bahnspannung der von der Bedruckstoffrolle abzuwickelnden Bedruckstoffbahn sowie das Beschleunigen einer neuen Bedruckstoffrolle auf die Umfangsgeschwindigkeit einer auslaufenden Bedruckstoffrolle beim Rollenwechsel erfolgt mithilfe eines Regelungsverfahrens.
[0004] Aus der Praxis ist es bereits bekannt, zur Regelung der Drehzahl eines eine Bedruckstoffrolle antreibenden Motors und damit zur Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Bedruckstoffrolle bzw. der Bahngeschwindigkeit der abzuwickelnden Bedruckstoffbahn einen Kaskadenregelkreis aus einer Stromregelung und einer der Stromregelung überlagerten Drehzahlregelung einzusetzen. Weiterhin ist es aus der Praxis bekannt, die definierte Bahnspannung durch eine Tänzerwalze bereitzustellen, die mit einer definierten Kraft in eine Schlaufe der von der Bedruckstoffrolle abgewickelten Bedruckstoffbahn drückt. Die Tänzerwalze soll dabei über eine Lageregelung in einer Mittellage gehalten werden, d.h. dass die Bahngeschwindigkeit der Bedruckstoffbahn vor bzw. stromaufwärts der Tänzerwalze der Bahngeschwindigkeit der Bedruckstoffbahn nach bzw. stromabwärts der Tänzerwalze entsprechen soll. Hierzu ist dem Kaskadenregelkreis aus der Stromregelung und Drehzahlregelung im Sinne einer weiteren Kaskade eine Lagerregelung überlagert, welche die Tänzerwalze in der definierten Mittellage hält.
[0005] Das obige, aus dem Stand der Technik bekannte Regelkonzept für einen Rollenwechsler neigt zu Schwingungen, welche die Regelgüte negativ beeinträchtigen. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass sowohl die Bedruckstoffrolle als auch die Tänzerwalze durch ein integrales Regelungsverhalten gekennzeichnet sind, was letztendlich zu Regelschwingungen führen kann.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine sowie einen neuartigen Rollenwechsler zu schaffen.
[0007] Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird bei einem Rollenwechsel zur Synchronisation der Umfangsgeschwindigkeit einer neuen Bedruckstoffrolle auf die Umfangsgeschwindigkeit der auslaufenden Bedruckstoffrolle die Lageregelung der Tänzerwalze deaktiviert und zur Bildung eines Sollwerts der Stromregelung einer Ausgangsgröße der Drehzahlregelung als Vorsteuerkomponente der differenzierte Sollwert der Drehzahlregelung aufgeschaltet; nach erfolgtem Rollenwechsel wird im Lauf bzw. beim Abwickeln der Bedruckstoffbahn die Lageregelung der Tänzerwalze aktiviert und zur Bildung des Sollwerts der Stromregelung der Ausgangsgröße der Drehzahlregelung als Vorsteuerkomponente der differenzierte Istwert der Lageregelung aufgeschaltet.
[0008] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, beim Rollenwechsel und bei deaktivierter Lageregelung der Tänzerwalze bei der Bildung des Sollwerts für die Stromregelung des Kaskadenregelkreises aus Stromregelung und Drehzahlregelung als Vorsteuerkomponente das zeitliche Differential des Sollwerts der Drehzahlregelung zu verwenden. Nach erfolgtem Rollenwechsel wird bei aktivierter Lageregelung der Tänzerwalze bei der Bildung des Sollwerts der Stromregelung als Vorsteuerkomponente das zeitliche Differential des Istwerts der Lageregelung verwendet. Hierbei kann sowohl beim Rollenwechsel als auch nach erfolgten Rollenwechsel Regelschwingungen entgegengewirkt werden, wodurch sich ein gutes Regelverhalten erzielen lässt. Weiterhin ist ein robustes Regelverhalten realisierbar, welches gegenüber Fehlanpassungen zwischen dem Motor und der Bedruckstoffrolle, wie es bei großen Bedruckstoffrollen auftreten kann, unempfindlich ist. Bei großen Massenträgheiten der Bedruckstoffrollen können relativ kleine Motoren mit geringer Leistung verwendet werden. Die ist ein weiterer, ökonomischer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0010] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine.
[0011] Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 in größerem Detail beschrieben.
[0012] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelstruktur für einen Rollenwechsler einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei gemäß Fig. 1 von einer Bedruckstoffrolle 10 im Sinne des Pfeils 11 eine Bedruckstoffbahn 12 abgewickelt wird, die im Sinne des Pfeils 13 einer Rollenrotationsdruckmaschine zugeführt wird. Die Bedruckstoffrolle 10 ist auf einem im Detail nicht-dargestellten Rollenwechsler gelagert, wobei ein Rollenwechsler auch als Rollenträger bezeichnet wird. Die Bedruckstoffrolle 10 wird von einem Motor 14 angetrieben, wobei aus der Drehzahl des Motors 14 und dem Radius bzw. Durchmesser der Bedruckstoffrolle 10 die Umfangsgeschwindigkeit der Bedruckstoffrolle 10 und damit die Bahngeschwindigkeit der abzuwickelnden Bedruckstoffbahn 12 errechnet werden kann. Da sich der Radius der Bedruckstoffrolle 10 beim Abwickeln der Bedruckstoffbahn 12 ändert, muss zur Einhaltung einer konstanten Bahngeschwindigkeit die Drehzahl des Motors 14 laufend angepasst werden.
[0013] Die von der Bedruckstoffrolle 10 abgewickelte Bedruckstoffbahn 12 wird an Walzen 15, 16 und 17 unter Bildung einer Schlaufe 18 geführt, wobei es sich bei den Walzen 15 und 17 um Umlenkrollen und bei der Walze 16 um eine sogenannte Tänzerwalze handelt. Die Tänzerwalze 16 drückt im Sinne des Pfeils 19 mit einer bestimmten Kraft in die Schlaufe 18, um eine definierte Bahnspannung bereitzustellen. Die Bahngeschwindigkeit der Bedruckstoffbahn 12 soll vor bzw. stromaufwärts der Tänzerwalze 16 genauso groß sein wie nach bzw. stromabwärts der Tänzerwalze 16. Ist dies der Fall, so befindet sich die Tänzerwalze 16 in der in Fig. 1 dargestellten Mittellage. Tritt hingegen an der Tänzerwalze 16 eine Differenzgeschwindigkeit auf, so wird die Tänzerwalze 16 im Sinne des Doppelpfeils 20 gegenüber dieser Mittellage entweder nach oben oder nach unten ausgelenkt. Dies soll vermieden werden.
[0014] Ziel der in Fig. 1 dargestellten Regelstruktur ist es, die Bedruckstoffbahn 10 mit einer definierten Bahngeschwindigkeit von der Bedruckstoffrolle 10 abzuwickeln und dabei die Tänzerrolle 16 in ihrer Mittellage zu halten, sodass an der Tänzerwalze 16, welche die Bahnspännung an der Bedruckstoffbahn 12 erzeugt, keine Differenzgeschwindigkeit auftritt.
[0015] Zur Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Bedruckstoffrolle 10 und damit der Bahngeschwindigkeit der Bedruckstoffbahn 12 wird die Drehzahl des die Bedruckstoffrolle 10 antreibenden Motors 14 mithilfe eines Kaskadenregelkreises aus einer Stromregelung 21 und einer der Stromregelung 21 überlagerten Drehzahlregelung 22 geregelt. Gemäß Fig. 1 wird ein Sollwert 23 für die Bahngeschwindigkeit der Bedruckstoffbahn 12 und damit für die Umfangsgeschwindigkeit der Bedruckstoffrolle 10 vorgegeben, wobei dieser Sollwert 23 zur Bereitstellung eines Sollwerts 24 für die Drehzahlregelung 22 des Motors 14 mit einer Hilfsgröße 25 verrechnet wird. Bei der Hilfsgröße 25 handelt es sich um den Durchmesser der Bedruckstoffrolle 10, der sich, wie bereits erwähnt, während des Abspulens der Bedruckstoffbahn 12 von der Bedruckstoffrolle 10 laufend ändert. Der Sollwert 24 für die Drehzahlregelung 22 wird mit einem am Motor 14 erfassten Istwert 26 der Motordrehzahl verrechnet, wobei die Drehzahlregelung 22 eine Ausgangsgröße 27 bereitstellt, aus der ein Sollwert 28 für die Stromregelung 21 generiert bzw. ermittelt wird.
[0016] Dem Kaskadenregelkreis aus der Stromregelung 21 und der Drehzahlregelung 22 ist im Sinne einer weiteren Kaskade eine Lageregelung 29 für die Tänzerwalze 16 überlagert. Mithilfe der Lageregelung 29 soll die Tänzerwalze 16, die der Bereitstellung einer definierten Bahnspannung dient, in ihrer Mittellage gehalten werden, sodass demnach an der Tänzerwalze 16 keine Differenzgeschwindigkeit auftritt. Die Bahngeschwindigkeit vor der Tänzerwalze 16 soll also genauso groß sein wie die Bahngeschwindigkeit nach der Tänzerwalze 16. Hierzu wird die Lage der Tänzerwalze 16 mithilfe eines Sensors 30 überwacht, und ein entsprechender Istwert 36 wird der Lageregelung 29 zugeführt.
[0017] Stromregelung 21 und Drehzahlregelung 22 werden vorzugsweise über PI-Regler realisiert. Die Lagerregung 29 hingegen ist vorzugsweise über einen PID-Regler ausgeführt. Der I-Anteil der als PID-Regler ausgeführten Lageregelung 29 sorgt dafür, dass auch bei falscher Hilfsgröße 25, also bei unrichtig bestimmtem Durchmesser der Bedruckstoffrolle 10, eine exakte Mittellage der Tänzerwalze 16 eingehalten werden kann.
[0018] Gemäß Fig. 1 ist die Lageregelung 29 der Tänzerwalze 16 über einen Schalter 31 aktivierbar sowie deaktivierbar. Zur Ausführung eines Rollenwechsels ist die Lageregelung 29 der Tänzerwalze 16 deaktiviert, nach erfolgtem Rollenwechsel hingegen aktiviert. Fig. 1 zeigt die Regelstruktur mit geöffnetem Schalter 31, also in einem zur Durchführung eines Rollenwechsels vorliegenden Zustand.
[0019] Bei bzw. zur Durchführung eines Rollenwechsels wird zur Bildung des Sollwerts 28 für die Stromregelung 21 der Ausgangsgröße 27 der Drehzahlregelung 22 das zeitliche Differential des Sollwerts 24 der Drehzahlregelung 22 aufgeschaltet. So zeigt Fig. 1 ein Differentiationsglied 32, welchem beim Rollenwechsel bedingt durch die Stellung des Schalters 33 als Eingangsgröße der Sollwert 24 der Drehzahlregelung 22 zugeführt wird, wobei das Differentiationsglied 32 dann als Ausgangsgröße 34 das zeitliche Differential des Sollwerts 24 der Drehzahlregelung 22 bereitstellt. Die Ausgangsgröße 34 wird mit einer Hilfsgröße 35 verrechnet, nämlich multipliziert und anschließend auf die Ausgangsgröße 27 der Drehzahlregelung 22 addiert, um so den Sollwert 28 der Stromregelung 21 zu bilden. Bei der Hilfsgröße 35 handelt es sich um die dritte Potenz des Radius der Bedruckstoffrolle 10 multipliziert mit der Rollenbreite derselben.
[0020] Zur Durchführung eines Rollenwechsels und demnach zur Synchronisation der Umfangsgeschwindigkeit einer neuen Bedruckstoffrolle an die Umfangsgeschwindigkeit der auslaufenden Bedruckstoffrolle wird demnach bei deaktivierter Lageregelung 29 der Tänzerwalze 16 die Drehzahlregelung 22 des Motors 14 dadurch entlastet, dass der Stromregelung 21 eine Vorsteuerkomponente bereitgestellt wird, wobei es sich bei der Vorsteuerkomponente dann um das zeitliche Differential des Sollwerts 24 der Drehzahlregelung 22 handelt. Hierdurch wird eine Momentvorsteuerung beim Rollenwechsel bereitgestellt, sodass eine Geschwindigkeitsänderung der Druckmaschine oder eine Sollwertrampe beim Synchronisieren der Umfangsgeschwindigkeit von neuer Bedruckstoffrolle zu auslaufender Bedruckstoffrolle relativ exakt vorgesteuert werden kann, wodurch einer Schwingungsneigung entgegengewirkt wird.
[0021] Nach erfolgtem Rollenwechsel wird im Sinne der Erfindung die Regelstrategie dadurch geändert, dass beide Schalter 31 und 33 der Fig. 1 umgelegt werden, es wird demnach durch Schließen des Schalters 31 die Lageregelung 29 der Tänzerwalze 16 aktiviert, weiterhin wird durch Umlegen des Schalters 33 dem Sollwert 28 der Stromregelung 31 eine veränderte Vorsteuerkomponente aufgeschaltet.
[0022] Nach erfolgtem Rollenwechsel wird nämlich als Vorsteuerkomponente für die Stromregelung 21 das zeitliche Differential der Ausgangsgröße 36 des Sensors 30 bereitgestellt. Bei der Ausgangsgröße 36 des Sensors 30 handelt es sich um den Istwert der Lageregelung 29 der Tänzerwalze 16. Nach erfolgtem Rollenwechsel wird demnach bei aktivierter Lageregelung 29 zur Bildung des Sollwerts 28 der Stromregelung 21 der Ausgangsgröße 27 der Drehzahlregelung 22 als Vorsteuerkomponente der differenzierte Istwert 36 der Lageregelung 29 aufgeschaltet. Auch in diesem Fall wird das vom Differentiationsglied 32 bereitgestellte Ausgangssignal 34 mit der Hilfsgröße 35 verrechnet, bei der es sich wiederum um die dritte Potenz des Radius der Bedruckstoffrolle multipliziert mit der Rollenbreite derselben handelt.
[0023] Durch die erfindungsgemäße Umstellung der Vorsteuerkomponente nach erfolgtem Rollenwechsel auf das zeitliche Differential des Lagesignals der Tänzerwalze kann die Schwingungsneigung der Tänzerwalze reduziert werden. So wird die Tänzerwalze mit dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren zu deutlich weniger Regelschwingungen angeregt. Weiterhin steigt die Robustheit der Regelung gegenüber Parameterungenauigkeiten bzw. Parameterfehlern im Regelkreis und gegenüber möglichen Störgrößen.
[0024] Abschließend sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur beim Abwickeln einer Bedruckstoffbahn von einer Bedruckstoffrolle sondern analog auch beim Aufwickeln oder Umwickeln verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste
[0025]
- 10
- Bedruckstoffrolle
- 11
- Pfeil
- 12
- Bedruckstoffbahn
- 13
- Pfeil
- 14
- Motor
- 15
- Umlenkrolle
- 16
- Tänzerwalze
- 17
- Umlenkrolle
- 18
- Schlaufe
- 19
- Pfeil
- 20
- Doppelpfeil
- 21
- Stromregelung
- 22
- Drehzahlregelung
- 23
- Sollwert
- 24
- Sollwert
- 25
- Hilfsgröße
- 26
- Istwert
- 27
- Ausgangsgröße
- 28
- Sollwert
- 29
- Lageregelung
- 30
- Sensor
- 31
- Schalter
- 32
- Differentiator
- 33
- Schalter
- 34
- Ausgangsgröße
- 35
- Hilfsgröße
- 36
- Ausgangsgröße
1. Verfahren zur Regelung eines Rollenwechslers einer Rollendruckmaschine, mit einem
Kaskadenregelkreis aus einer Stromregelung (21) und einer der Stromregelung (21) überlagerten
Drehzahlregelung (22) zur Regelung der Drehzahl eines eine Bedruckstoffrolle (10)
antreibenden Motors (14) und damit zur Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Bedruckstoffrolle
(10) bzw. der Bahngeschwindigkeit einer von der Bedruckstoffrolle (10) abzuwickelnden
Bedruckstoffbahn (12), und mit einer dem Kaskadenregelkreis aus Stromregelung (21)
und Drehzahlregelung (22) im Sinne einer weiteren Kaskade überlagerten Lageregelung
(29) für eine auf die abgewickelte Bedruckstoffbahn (12) einwirkende Tänzerwalze (16),
wobei die Tänzerwalze (16) der Bereitstellung einer definierten Bahnspannung dient,
dadurch gekennzeichnet, dass:
a) bei einem Rollenwechsel zur Synchronisation der Umfangsgeschwindigkeit einer neuen Bedruckstoffrolle auf die Umfangsgeschwindigkeit der auslaufenden Bedruckstoffrolle die Lageregelung (29) der Tänzerwalze (16) deaktiviert und zur Bildung eines Sollwerts (28) der Stromregelung (21) einer Ausgangsgröße (27) der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente der differenzierte Sollwert (24) der Drehzahlregelung (22) aufgeschaltet wird;
b) nach erfolgtem Rollenwechsel die Lageregelung (29) der Tänzerwalze (16) aktiviert und zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung (21) der Ausgangsgröße (27) der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente der differenzierte Istwert (36) der Lageregelung (29) aufgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rollenwechsel zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung (21) der Ausgangsgröße
(27) der Drehzahlregelung (22) das zeitliche Differential (34) des Sollwerts (24)
der Drehzahlregelung (22) aufgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rollenwechsel zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung (21) der Ausgangsgröße
(27) der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente das Differential (34) des Sollwerts
(24) der Drehzahlregelung (22) derart aufgeschaltet wird, dass das Differential (34)
des Sollwerts (24) der Drehzahlregelung (22) vor Aufschaltung desselben mit der dritten
Potenz des Radius der Bedruckstoffrolle (10) und der Rollenbreite derselben verrechnet
wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Rollenwechsel zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung (21)
der Ausgangsgröße (27) der Drehzahlregelung (22) das zeitliche Differential (34) des
Istwerts (36) der Lageregelung (29) aufgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Rollenwechsel zur Bildung des Sollwerts (28) der Stromregelung (21)
der Ausgangsgröße (27) der Drehzahlregelung (22) als Vorsteuerkomponente das Differential
(34) des Istwerts (36) der Lageregelung (29) derart aufgeschaltet wird, dass das Differential
(34) des Istwerts (36) der Lageregelung (29) vor Aufschaltung desselben mit der dritten
Potenz des Radius der Bedruckstoffrolle (10) und der Rollenbreite derselben verrechnet
wird.
6. Rollenwechsler einer Rollendruckmaschine, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 5.