DE102005024091A1

DE102005024091A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umspulen eines Bandes

Info

Publication number: DE102005024091A1
Application number: DE102005024091A
Authority: DE
Inventors: Michael Quittkat
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland AG
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US20060266869A1; JP2006327199A; CA2548069A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspulen eines Bandes (12) von einer ersten, abwickelnden Spule (11) auf eine zweite, aufwickelnden Spule (13), wobei beide Spulen (11, 13) über jeweils einen Antrieb (16, 17) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Bandzugspannung und/oder einer vorgegebenen Bandsollgeschwindigkeit mit einer Solldrehzahl und/oder mit einem Solldrehmoment angetrieben werden, und wobei die jeweilige Solldrehzahl und/oder das jeweilige Solldrehmoment in Abhängigkeit eines geometrischen Mittels (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird das geometrische Mittel (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) während des Umspulens fortlaufend ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspulen eines Bandes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Umspulen eines Bandes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Beim Umspulen von Bändern stellt sich häufig die Aufgabe, die Bandgeschwindigkeit und die Bandspannung auf einen bestimmten Wert zu regeln oder zu steuern. Eine Solldrehzahl bzw. ein Solldrehmoment für die entsprechenden Antriebe lassen sich jedoch nicht vorgeben, da sich diese während des Umspulvorgangs bzw. des Umwicklungsvorgangs des Bandes aufgrund der sich verändernden Durchmesser der Spulen ändern.

Die DE 44 27 780 C2 offenbart ein Verfahren zum Umspulen eines Bandes von einer ersten, abwickelnden Spule auf eine zweite, aufwickelnde Spule, wobei beide Spulen über jeweils einen Antrieb in Abhängigkeit einer vorgegebenen Bandzugspannung und einer vorgegebenen Bandsollgeschwindigkeit mit einer Solldrehzahl und/oder mit einem Solldrehmoment angetrieben werden. Gemäß der DE 44 27 780 C2 werden die jeweiligen Solldrehzahlen und die jeweiligen Solldrehmomente in Abhängigkeit eines mathematisch-geometrischen Mittels der Wicklungsumfänge der beiden Spulen ermittelt, wobei davon ausgegangen wird, dass das geometrische Mittel der Wicklungsumfänge konstant ist. Zur Ermittlung des geometrischen Mittels der Wicklungsumfänge wird nach der DE 44 27 780 C2 vorgeschlagen, die aktuellen Radien der beiden Spulen einmalig zu messen und hieraus das geometrische Mittel der Wicklungsumfänge zu errechnen. Dies hat den Nachteil, dass die aktuellen Radien beider Spulen gemessen werden müssen. Alternativ schlägt die DE 44 27 780 C2 vor, das geometrische Mittel der Wicklungsumfänge beim Start des Umspulens anhand des bekannten Startradius einer Spule sowie des beim Starten gemessenen Drehzahlverhältnisses der Spulen zu ermitteln. Hierbei muss die Messung innerhalb einer kurzen Zeitspanne erfolgen, so dass sich ein ungenaues Ergebnis einstellen kann. Beide Varianten verfügen über den Nachteil, dass von einem konstanten geometrischen Mittel der Wicklungsumfänge ausgegangen wird und damit variierenden Bandparametern in Dicke und Länge, die sich während des Umspulens oder bei einem Bandwechsel einstellen können, keine Rechnung getragen werden kann.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Umspulen eines Bandes sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Umspulen eines Bandes gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird das geometrische Mittel der Wicklungsumfänge der beiden Spulen während des Umspulens fortlaufend ermittelt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 12 definiert.

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:
1: eine Vorrichtung zum Umspulen eines Bandes zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 in größerem Detail beschrieben.
1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Umspulen eines auf einer ersten Spule 11 aufgewickelten Bandes 12 auf eine zweite Spule 13. Die erste Spule 11 wird auch als abwickelnde Spule und die zweite Spule 13 als aufwickelnde Spule bezeichnet. Beide Spulen 11 und 12 sind üblicherweise jeweils über eine Welle 14 bzw. 15 mit einem dieselben antreibenden Motor 16 bzw. 17 verbunden. Die Drehzahlen der Motoren 16 bzw. 17 und damit die Drehzahlen der Spulen 11 bzw. 13 sind mit Hilfe von Sensoren 18 bzw. 19 ermittelbar. Die Sensoren 18, 19 können als Enkoder ausgebildet sein. Anstelle von Enkodern können auch andere Sensoren zum Einsatz kommen, so zum Beispiel Tachometer, magnetische Drehgeber oder auch wirbelstrombasierte Drehgeber. Gemäß 1 ist mit dem Sensor 18 eine Drehzahl N₁₁ der ersten, abwickelnden Spule 11 und mit dem Sensor 19 eine Drehzahl N₁₃ der zweiten, aufwickelnden Spule 13 messbar.
Die erste, abwickelnde Spule 11 ist durch mehrere Radien charakterisiert, nämlich durch einen sogenannten Leerradius r₁₁, einen sogenannten Startradius r_11,START sowie einen sogenannten Aktualradius R₁₁. Die zweite, aufwickelnde Spule 13 ist ebenfalls durch mehrere Radien charakterisiert, nämlich durch einen sogenannten Leerradius r₁₃, einen Startradius r_13,START sowie einen Aktualradius R₁₃. Die Startradien r_11,START sowie r_13,START sind die Radien der Spulen 11, 13, die beim Start des Umspulens vorliegen. Bei den Aktualradien R₁₁ sowie R₁₃ handelt es sich um die sich während des Spulens ändernden Radien der Spulen 11, 13. Dann, wenn die gesamte Bandlänge auf eine der Spulen 11 bzw. 13 aufgewickelt ist, nimmt dieselbe den Radius r_11,VOLL bzw. r_13,VOLL ein, wohingegen die jeweils andere Spule 13 bzw. 11 dann den Leerradius r₁₃ bzw. r₁₁ einnimmt.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass abgesehen vom beschriebenen Ausführungsbeispiel im Sinne der Erfindung natürlich eine berührungslose Abtastung der Drehzahlen der Spulen erfolgen kann. Die Korrelierung der Motoren und Spulen erfolgt dann durch entsprechende Übersetzungen, die Drehzahlsensoren können dann auch beispielsweise an den Spulen angeordnet sein.
Wird das Band 12 nur in eine Richtung umgespult, kann der Motor 16 bzw. 17 der abwickelnden Welle 14 bzw. 15 auch als Bremse eingesetzt werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung soll nun mit Hilfe der in 1 dargestellten Vorrichtung 10 das auf der ersten, abwickelnden Spule 11 aufgewickelte Band 12 auf die zweite, aufwickelnde Spule 13 umgespult werden, wobei eine Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung 20 in Abhängigkeit der gemessenen Drehzahlen N₁₁ sowie N₁₃ der beiden Spulen 11 und 13 sowie in Abhängigkeit einer vorgegebenen Bandsollgeschwindigkeit v_BAND,SOLL und/oder einer vorgegebenen Bandzugspannung F_BAND,SOLL Solldrehzahlen und/oder Solldrehmomente als Stellgrößen 21, 22 für die Antriebe 16, 17 der Spulen 11, 13 generiert.
Das Generieren der Solldrehzahlen und/oder Solldrehmomente erfolgt dabei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit eines mathematisch-geometrischen Mittels UMG der Wicklungsumfänge der beiden Spulen 11 und 13, wobei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung das geometrische Mittel UMG der Wicklungsumfänge während des Umspulens fortlaufend ermittelt bzw. errechnet wird. Für das mathematisch-geometrische Mittel UMG der Wicklungsumfänge gilt:
Zur fortlaufenden Ermittlung des geometrischen Mittels UMG der Wicklungsumfänge der beiden Spulen 11, 13 ist neben der Messung der Drehzahlen N₁₁, N₁₃ der Spulen 11, 13 die Kenntnis und/oder Messung des Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule 13 oder des Startradius r_11,START der abwickelnden Spule 11 erforderlich. Aus diesen Größen kann unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen das geometrische Mittel UMG der Wicklungsumfänge der beiden Spulen 11, 13 errechnet werden, wobei U₁₁ und U₁₃ berechnete Umdrehungen der Antriebe 16, 17 seit dem Start bzw. Beginn des Umspulens zum Zeitpunkt t₀ sind, und wobei xwa das aktuelle Drehzahlverhältnis der aufwickelnden Spule 13 zur abwickelnden Spule 11 darstellt.
Die Startradien r_11,START sowie r_13,START können wie folgt ineinander umgerechnet werden (die Berechnung der aktuellen Radien ist jeweils durch entsprechende Umformung darstellbar):
Wie bereits erwähnt, ist zur Errechnung des geometrischen Mittels UMG der Wicklungsumfänge der beiden Spulen 11, 13 der Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule 13 oder der Startradius r_11,START der abwickelnden Spule 11 erforderlich. Dieser Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule 13 oder der Startradius r_11,START der abwickelnden Spule 11 kann entweder vorgegeben werden oder während des Umspulens durch Messung ermittelt werden.
Bei der Ermittlung bzw. Berechnung des Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule 13 findet eine gemessene Bandgeschwindigkeit v_BAND Verwendung, die im Ausführungsbeispiel an einer Bandführungsrolle 23 mit Hilfe eines Sensors 24 gemessen wird. Selbstverständlich sind auch andere Messmethoden der Bandlaufgeschwindigkeit denkbar, die beispielsweise berührungslos oder optisch durchgeführt werden. Der Sensor 24 stellt der Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung 20 eine Drehzahl N₂₃ der Bandführungsrolle 23 bereit, aus welcher unter Vorgabe eines Radius r₂₃ der Bandführungsrolle 23 die Bandgeschwindigkeit v_BAND des umzuspulenden Bandes 12 und damit der Startradius r_13,START der aufzuwickelnden Spule 13 unter Verwendung der beiden nachfolgenden Gleichungen errechnet werden kann.
νBAND = 2·π·N23·r23
Alternativ kann die Messung des Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule auf Basis einer seit dem Start des Umspulens im Zeitpunkt t₀ umgespulten Bandlänge L_BAND ermittelt werden, wobei die seit dem Start des Umspulens umgespulte Bandlänge L_BAND aus dem Integral der Bandlaufgeschwindigkeit v_BAND berechnet werden kann. Nach dieser Alternative erfolgt dann die Rechnung des Startradius r_13,START der aufwickelnden Spule 13 unter Verwendung der beiden nachfolgenden Gleichungen.
Mit Hilfe des auf die obige Art und Weise fortlaufend ermittelten, geometrischen Mittels UMG der Wicklungsumfänge der Spulen 11, 13 sind dann die Solldrehzahlen N_SOLL und/oder Solldrehmomente M_SOLL für die Antriebe 16, 17 unter Verwendung der beiden nachfolgenden Gleichungen ermittelbar, wobei die von der Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung 20 ermittelten Solldrehzahlen sowie Solldrehmomente den Antrieben 16, 17 als Stellsignale 21 bzw. 22 zugeführt werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung können weitere Größen errechnet werden. So zum Beispiel unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung den Radius r_11,VOLL der abwickelnden Spule 11, wobei die Spule 11 den Radius r_11,VOLL dann einnimmt, wenn das gesamte Band 12 auf der Spule 11 vollständig aufgewickelt ist.
Weiterhin kann eine Gesamtwickelquerschnittsfläche aus den beiden Wickelquerschnittsflächen A₁₁, A₁₃ der Spulen 11, 13 mit nachfolgender Gleichung errechnet werden.
Darüber hinaus kann im Sinne der hier vorliegenden Erfindung eine Banddicke D des umzuspulenden Bands 12 mit nachfolgender Gleichung ermittelt werden.
Je nach der Bandbreite ist dabei zu berücksichtigen, dass die mit Hilfe der obigen Gleichung errechnete Dicke D etwaige Lufteinschlüsse zwischen den einzelnen Wickellagen einschließen kann. Ist die reale Nennbanddicke bekannt oder messbar, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stärke der Lufteinschlüsse oder Ihre Dickenveränderung in Folge des Umspulprozesses bestimmt werden.
Ebenso kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gesamtbandlänge L_BAND,GESAMT errechnet werden, und zwar auf Basis der folgenden Gleichung:
Dabei ist die freie Weglänge des Bandes 12 zwischen den beiden Spulen 11 und 13 zu dem mit Hilfe der obigen Gleichung ermittelten Wert aufzuaddieren.
Ferner kann eine Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahlverhältnisse der beiden Spulen 11 und 13 wie folgt ermittelt werden:
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umspulen eines Bandes zwischen zwei Spulen wird erstmals vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der Solldrehzahlen sowie Solldrehmomente für die Antriebe der beiden Spulen erforderliche mathematisch-geometrische Mittel UMG fortlaufend zu ermitteln. Hierdurch kann variierenden Bandparametern in Länge und Dicke, die sich während des Umwickelns oder bei einem Bandwechsel einstellen können, Rechnung getragen werden.

10: Vorrichtung
11: Spule
12: Band
13: Spule
14: Welle
15: Welle
16: Antrieb
17: Antrieb
18: Sensor
19: Sensor
20: Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung
21: Stellsignal
22: Stellsignal
23: Bandführungsrolle
24: Sensor

Claims

Verfahren zum Umspulen eines Bandes (12) von einer ersten, abwickelnden Spule (11) auf eine zweite, aufwickelnde Spule (13), wobei beide Spulen (11, 13) über einen Antrieb (16, 17) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Bandzugspannung und/oder einer vorgegebenen Bandsollgeschwindigkeit mit einer Solldrehzahl und/oder mit einem Solldrehmoment angetrieben werden, und wobei die jeweilige Solldrehzahl und/oder das jeweilige Solldrehmoment in Abhängigkeit eines geometrischen Mittels (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das geometrische Mittel (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) während des Umspulens fortlaufend ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des geometrischen Mittels (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) ein Startradius (r_13,START) der aufwickelnden Spule (13) vorgegeben und/oder gemessen wird, dass des weiteren Istdrehzahlen (N₁₁, N₁₃) der beiden Spulen (11, 13) gemessen werden, und dass aus diesen Größen das geometrische Mittel (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) mit folgenden Gleichungen errechnet wird:
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des geometrischen Mittels (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) ein Startradius der (r_11,START) der abwickelnden Spule (11) vorgegeben und/oder gemessen wird, dass des weiteren Istdrehzahlen (N₁₁, N₁₃) der beiden Spulen (11, 13) gemessen werden, und dass aus diesen Größen das geometrische Mittel (UMG) der Wicklungsumfänge der beiden Spulen (11, 13) mit folgenden Gleichungen errechnet wird:
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startradius (r_13,START) der aufwickelnden Spule (13) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Startradius (r_11,START) der abwickelnden Spule (11) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Startradius (r_13,START) der aufwickelnden Spule (13) eine Bandgeschwindigkeit (v_BAND) gemessen wird, und dass der Startradius (r_13,START) mit folgen der Gleichung errechnet wird:
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Bandgeschwindigkeit (v_BAND) eine Drehzahl (N₂₃) einer Bandführungsrolle (23) gemessen wird, und dass die Bandgeschwindigkeit (v_BAND) unter Vorgabe des Radius (r₂₃) der Bandführungsrolle (23) mit folgender Gleichung errechnet wird: νBAND = 2·π·N23·r23.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Startradius (r_13,START) der aufwickelnden Spule (13) eine seit dem Start des Umspulens umgespulte Bandlänge (L_BAND) gemessen wird, und dass der Startradius (r_13,START) mit folgender Gleichung errechnet wird:
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der seit dem Start des Umspulens umgespulten Bandlänge (L_BAND) eine Drehzahl (N₂₃) einer Bandführungsrolle (23) gemessen wird, und dass die umgespulten Bandlänge (L_BAND) unter Vorgabe des Radius (r₂₃) der Bandführungsrolle (23) mit folgender Gleichung errechnet wird:
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahlen (N_SOLL) der Spulen (11, 13) aus der vorgegebenen Bandsollgeschwindigkeit (v_BAND,SOLL) unter Verwendung folgender Gleichung errechnet werden:
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehmomente (M_SOLL) der Spulen (11, 13) aus der vorgegebenen Bandzugspannung (F_BAND,SOLL) unter Verwendung folgender Gleichung errechnet werden:
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahlverhältnisse der beiden Spulen (11, 13) wie folgt ermittelt wird:
Vorrichtung zum Umspulen eines Bandes (12) von einer ersten, abwickelnden Spule (11) auf eine zweite, aufwickelnden Spule (13), gekennzeichnet durch eine Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11.