DE102007002218A1

DE102007002218A1 - Wickelvorrichtung zum Wickeln von Bändern

Info

Publication number: DE102007002218A1
Application number: DE102007002218A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kipping; Helmut HÖFER; Reinhard Irle; Thomas Holzhauer; Matthias Dr. Tuschhoff; Peter Sudau
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US8302899B2; US20100059621A1; CA2675306A1; KR20090074094A; RU2412771C1; CN101605709A; CN101605709B; BRPI0720788A2; JP2010515578A; EP2107996B1; UA95128C2; WO2008083792A1; EP2107996A1; CA2675306C; JP5153788B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung (1) zum Wickeln von Bändern (2), insbesondere von dünnen Metallbändern, umfassend einen Haspeldorn (3), der um eine Drehachse (4) drehbar angeordnet ist, sowie mindestens einen Schwenkarm (5), der um eine Achse (6) schwenkbar angeordnet ist und der mindestens ein Umlenkschild (7) und mindestens eine Andrückrolle (8) aufweist, die das zu wickelnde Band (2) umlenken bzw. andrücken. Um insbesondere das Wickeln dünner Bänder zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass der mindestens einen Andrückrolle (8) zumindest ein Bewegungsmittel (9) zugeordnet ist, mit dem die Andrückrolle (8) relativ zu dem Schwenkarm (5) bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung zum Wickeln von Bändern, insbesondere von dünnen Metallbändern, umfassend einen Haspeldorn, der um eine Drehachse drehbar angeordnet ist, sowie mindestens einen Schwenkarm, der um eine Achse schwenkbar angeordnet ist und der mindestens ein Umlenkschild und mindestens eine Andrückrolle aufweist, die das zu wickelnde Band umlenken bzw. andrücken.
Wickelvorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Zum Aufwickeln von Metallbändern werden Haspelanlagen verwendet, die das Metallband, wenn es die Fertigstaffel verlässt und über den Auslaufrollgang transportiert worden ist, im Treibapparat fangen, um es hier in den Haspelschacht umzuleiten und zum Haspeldorn zu führen. Damit das Metallband zu einem Bund (Coil) gewickelt werden kann, sind um den Haspeldorn Schwenkarme angeordnet, die das Metallband eng um den Haspeldorn führen. Die Schwenkarme sind im Wesentlichen mit einer Andrückrolle und einem Umlenkschild ausgebildet. In modernen Haspeln werden die Schwenkarme mit Hilfe von Hydraulikzylindern bewegt. Die üblicherweise eingesetzten Haspeln haben zumeist drei oder vier Schwenkarme.
In Haspeln der ersten Generation wurden die Schwenkarme mit Hilfe von Pneumatikzylindern bewegt, außerdem waren die Andrückrollen gefedert, so dass sie einem Lagensprung, d. h. einem Absatz der durch den Bandanfang einer folgenden, aufzuwickelnden Bandlage entsteht, ausweichen konnten.
Im Gegensatz hierzu weicht der hydraulische Haspel heute üblicher Bauart mit Hilfe einer Bandspitzenverfolgung und einer hydraulischen Steuerung dem Lagensprung aus. Dies geschieht derart, dass die Position der Bandspitze berechnet wird und der Hydraulikzylinder den Schwenkarm samt fester Andrückrolle vom Metallband abhebt und somit den Lagensprung durchlässt. Hat der Lagensprung die Rolle passiert, setzt die Andrückrolle wieder auf der obersten Windung auf. Dies geschieht mit allen vorhandenen Schwenkarmen; die beschriebene Technologie ist auch unter der Bezeichnung „Steg Control" bekannt.
Die dazu eingesetzten hydraulischen Steuerungen sind hoch dynamisch und im Allgemeinen ihren Aufgaben gewachsen. Trotzdem ist es schwierig, die großen und schweren Schwenkarme genügend schnell zu beschleunigen und abzubremsen, was sich aus dem relativ hohen Massenträgheitsmoment der Schwenkarme erklärt.
Naturgemäß ist hierdurch eine feine Steuerung der Schwenkarme, wie sie im Besonderen für dünne Metallbänder nötig ist, nur mit entsprechenden Bewegungsgrößen und Toleranzen möglich. Eine präzise feinfühlige Fahrweise hätte den Vorteil, dass ein dünnes Metallband keine oder nur geringe Beschädigungen erfährt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wickelvorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, in präziser Weise auch sehr dünne Bänder zu wickeln, wobei diese in schonender Art aufgewickelt werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wickelvorrichtung zumindest ein Bewegungsmittel aufweist, mit dem die mindestens eine Andrückrolle relativ zu dem Schwenkarm bewegbar ist.
Die Erfindung stellt also darauf ab, dass nicht mehr – wie im Stand der Technik – zur Lagedefinition der mindestens einen Andrückrolle die Stellung des Schwenkarms alleine maßgeblich ist, sondern dass sich die Andrückrolle selber noch einmal relativ zum Schwenkarm bewegen kann. Damit sind nur geringe Massen zu bewegen, was es ermöglicht, dass eine dynamischere Positionierung der Andrückrolle erfolgen kann.
Das Bewegungsmittel kann dabei die Andrückrolle vorzugsweise zumindest weitgehend in Richtung des Mittelpunkts des Haspeldorns bewegen. Demnach wird die Andrückrolle so bewegt, dass sie möglichst senkrecht auf das Band drückt.
Die Andrückrolle kann an einem Rollenschwenkarm angeordnet sein, der im Schwenkarm gelagert ist, wobei die Achse des Schwenkarms und die Achse des Rollenschwenkarms parallel zueinander angeordnet sind. Hiernach ist somit ein Schwenkarm im Schwenkarm gelagert. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Andrückrolle an einem Linearaktuator angeordnet ist, der am Schwenkarm befestigt ist. In letzterem Falle wird also die Andrückrolle translatorisch relativ zum Schwenkarm bewegt. Auch ist eine Kombination beider Lösungen denkbar (Schwenkbewegung und Translationsbewegung).
Das Bewegungsmittel für die Bewegung der Andrückrolle kann im Schwenkarm selber gelagert sein. Es kann als hydraulisches oder pneumatisches Kolben-Zylinder-System ausgebildet sein. Genauso sind aber auch Lösungen denkbar, die z. B. mechanische Bewegungsmittel vorsehen.
Zumeist sind mehrere Schwenkarme, vorzugsweise drei oder vier Schwenkarme, einem Haspeldorn zugeordnet. Der mindestens eine Schwenkarm kann dabei mittels eines Bewegungselements geschwenkt werden, wobei auch hier bevorzugt hydraulische oder pneumatische Systeme eingesetzt werden.
Die Andrückrolle und der Schwenkarm bzw. deren Antriebe weisen bevorzugt jeweils ein Wegmesssystem auf, was die weiter unten erläuterte Vorgehensweise ermöglicht.
Bewährt hat sich auch ein am Schwenkarm angeordneter Anschlag für die Andrückrolle. Insbesondere bei dickeren zu wickelnden Bändern, die rampenartige Lagensprünge verursachen, können die Andrückrollen mittels ihrer Bewegungselemente gegen den festen Anschlag gezogen werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Wickelvorrichtung zum Aufwickeln eines dünnen Metallbandes in der Seitenansicht.
In der Figur ist eine Wickelvorrichtung 1 zu sehen, mit der ein Metallband 2 aufgewickelt werden soll. Hierfür ist ein Haspeldorn 3 vorgesehen, der um eine horizontale Drehachse 4 drehbar ist. Das Band 2 kommt von einer nicht dargestellten Fertigungsanlage und wird von einer Schachtklappe 17 in einen tiefer liegenden Bereich geführt, wo der Haspeldorn 3 angeordnet ist.
Damit das aufzuwickelnde Band 2 optimal auf den Haspeldorn 3 gewickelt werden kann, sind ein Umlenkschild 7 und eine Andrückrolle 8 (bzw. mehrere parallel zueinander angeordnete Umlenkschilder 7 und Andrückrollen 8) vorgesehen, die dafür sorgen, dass sich das Band 2 bestmöglich an den Umfang des Haspeldorns bzw. an das bereits aufgewickelte Bandmaterial anlegt. Sowohl das Umlenkschild 7 als auch die Andrückrolle 8 werden von einem Schwenkarm 5 getragen, der um eine Drehachse 6 gelagert ist, die parallel zur Drehachse 4 des Haspeldorns 3 angeordnet ist.
Der Schwenkarm 5 wird mit einem Bewegungselement 12 – hier ausgeführt als hydraulisches Kolben-Zylinder-System – bewegt. Allerdings muss das Bewegungselement 12 den gesamten Schwenkarm 5 samt aller auf ihm angeordneten Bauteile bewegen. Somit hat der Schwenkarm 5 ein entsprechend hohes Massenträgheitsmoment (insbesondere ein hohes Drehmassenträgheitsmoment um die Achse 6). Damit ist es sehr schwierig, eine hochdynamische Bewegung insbesondere der Andrückrolle 8 zu ermöglichen, was für eine schonende Handhabung insbesondere von dünnen Bändern 2 vorteilhaft ist.
Daher sind Bewegungsmittel 9 vorgesehen, mit denen nur die Andrückrolle 8 relativ zu dem Schwenkarm 5 bewegt werden kann. Diese Bewegungsmittel sind im Ausführungsbeispiel schematisch als hydraulisches oder pneumatisches Kolben-Zylinder-System angedeutet.
Ferner ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Andrückrolle 8 an einem (wiederum nur sehr schematisch dargestellten) Rollenschwenkarm 10 angeordnet ist, der in einem Gelenkpunkt im Schwenkarm 5 gelagert ist, und zwar in einer Achse 11, die parallel zur Achse 6 angeordnet ist.
Die Anordnung des Rollenschwenkarms 10 im Schwenkarm 5 ist dabei so vorgenommen, dass sich bei Schwenkbewegungen des Rollenschwenkarms 10 die Andrückrolle 8 im wesentlichen auf den Mittelpunkt M des Haspeldorns 3 zu bewegt und so das Band 2 optimal andrückt.
Der Grundgedanke besteht also darin, dass das für eine Bewegung der Andrückrolle(n) 8 gegebene Massenträgheitsmoment in Relation zu vorbekannten Lösun gen vermindert ist, was eine dynamischere Betriebsweise der Wickelvorrichtung 1 ermöglicht.
Um dem Lagensprung 16 auszuweichen, wird im wesentlichen nur die Andrückrolle 8 bewegt, die an ihrem eigenen Schwenkarm 10 befestigt ist. Außerdem erhält sie ihren eigenen Antrieb 9, mit dem sie in Richtung Haspeldorn 3 und von diesem weg bewegt werden kann. Dieser Antrieb 9 kann mechanisch, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch eine Kombination der Antriebsmöglichkeiten erfolgen.
Der Schwenkarm 5 wird vom Bewegungselement 12 entsprechend vorpositioniert, so dass nur die Andrückrolle 8 vor dem Lagensprung 16 ausweichen muss. Die Andrückrolle 8 alleine hat eine wesentlich geringere Trägheit als der gesamte Schwenkarm 5. Hierdurch ist eine viel größere Dynamik möglich. Diese hohe Dynamik ist besonders beim Wickeln von dünnen Metallbänden von Vorteil, da hier mit einer hohen Geschwindigkeit und kleinen Lagensprüngen 16 gearbeitet wird.
Die Positionierung der Andrückrolle 8 erfolgt insgesamt also durch die beiden Bewegungselemente 9 und 12. Beide Bewegungsmittel 9, 12 werden über eine nicht dargestellte Steuerung bzw. Regelung (mit entsprechend hinterlegtem Algorithmus zur Berücksichtung der Geometrie der Vorrichtung) miteinander gekoppelt. Die Steuerung bzw. Regelung berücksichtigt die Spreizung des Haspeldorns 3, die Banddicke des Bandes 2, die Wickelgeschwindigkeit, die Position der Bandspitze und des Bandendes, die Windungszahl, den Coildurchmesser sowie die Geometrie der Schwenkarme 5, 10. Hieraus kann durch die entsprechenden elementaren geometrischen Beziehungen steuerungs- bzw. regelungstechnisch sofort festgelegt werden, wie die Bewegungsmittel 9, 12 zu betätigen sind, um die gewünschte bzw. benötigte Position der Andrückrolle 8 zu erhalten.
Um das System in einem geschlossenen Regelkreis arbeiten zu lassen, sind die Bewegungsmittel 9, 12 mit jeweiligen Wegmesssystemen 13, 14 ausgestattet, was ein präzises automatisches Anfahren der Soll-Position der Andrückrolle 8 ermöglicht.
Versieht man die Antriebe 9, 12 (im Ausführungsbeispiel die Hydraulikzylinder) mit einem Kraftmesssystem, kann die Andrückrolle 8 positioniert werden und kraftgeregelt das Metallband 2 bzw. den Haspeldorn 3 (z. B. zum Kalibrieren) anfahren. Dies hat den Vorteil, dass alle Einrichtungen und das Metallband 2 schonend behandelt werden. Dies bedeutet weniger Beschädigungen und höhere Standzeiten.
Bei dicken Bänden sind die Wickelgeschwindigkeiten relativ langsam und die Lagensprünge 16 rampenartig, so dass die Anforderungen an die Dynamik der Andrückrolle 8 bzw. der Schwenkarme relativ gering sind. Außerdem kann es sein, dass bei dicken Bändern hohe Andrückkräfte erforderlich werden. Für diesen Betriebsfall ist es von Vorteil, die Andrückrolle 8 mit Hilfe des Bewegungsmittels 9 gegen einen festen Anschlag 15 zu ziehen, der am Schwenkarm 5 angeordnet ist.
Die Achse 11 der Andrückrolle 8 kann so gestaltet sein, dass sie spielfrei bzw. spielarm ist. Dies kann mit einer Konstruktion aus Kegelsitz am Bolzen und Kegelhülse erfolgen, die den Reibschluss zur Lagerbohrung bildet. Die Drehbewegung kann über ein spielarmes oder ein einstellbares Lager erfolgen.
Im Falle des Einsatzes eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebs 9 der Andrückrolle 8 hat es sich bewährt, wenn nicht nur ein, sondern wenn zwei Zylindern vorgesehen werden.
Wird die Andrückrolle 8 mit nur einem Zylinder 9 bewegt, ist die Andrückrolle 8 auf einem Rahmen zu lagern, der torsionssteif die Drehpunkte miteinander verbindet.
Hiermit wird ein paralleles Anschwenken der Andrückrolle 8 zum Haspeldorn 3 gewährleistet. Wird die Andrückrolle 8 auf jeder Seite (d. h. antriebs- und bedienungsseitig) mit einem Antrieb 9 versehen (z. B. je ein Hydraulikzylinder), der die Rolle 8 an- bzw. abschwenkt, kann der Gleichlauf elektronisch ohne oder mit einer torsionssteifen Verbindung ausgeführt sein.
Wird keine oder eine torsionsweiche Verbindung der Antriebs- zur Bedienungsseite vorgesehen, kann die Andrückrolle 8 durch gezielte Vorgabe von Kräften (Kraftregelung) auf die Antriebsseite und auf die Bedienungsseite zur Beeinflussung des Bandlaufes (d. h. kantengerades Wickeln eines Coils) eingesetzt werden.

1: Wickelvorrichtung
2: Band
3: Haspeldorn
4: Drehachse
5: Schwenkarm
6: Achse
7: Umlenkschild
8: Andrückrolle
9: Bewegungsmittel
10: Rollenschwenkarm
11: Achse
12: Bewegungselement
13: Wegmesssystem
14: Wegmesssystem
15: Anschlag
16: Lagensprung
17: Schachtklappe
M: Mittelpunkt

Claims

Wickelvorrichtung (1) zum Wickeln von Bändern (2), insbesondere von dünnen Metallbändern, umfassend einen Haspeldorn (3), der um eine Drehachse (4) drehbar angeordnet ist, sowie mindestens einen Schwenkarm (5), der um eine Achse (6) schwenkbar angeordnet ist und der mindestens ein Umlenkschild (7) und mindestens eine Andrückrolle (8) aufweist, die das zu wickelnde Band (2) umlenken bzw. andrücken, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Andrückrolle (8) zumindest ein Bewegungsmittel (9) zugeordnet ist, mit dem die Andrückrolle (8) relativ zu dem Schwenkarm (5) bewegbar ist.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmittel (9) die Andrückrolle (8) in Richtung des Mittelpunkts (M) des Haspeldorns (3) bewegt.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückrolle (8) an einem Rollenschwenkarm (10) angeordnet ist, der im Schwenkarm (5) gelagert ist, wobei die Achse (6) des Schwenkarms (5) und die Achse (11) des Rollenschwenkarms (10) parallel zueinander angeordnet sind.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückrolle (8) an einem Linearaktuator angeordnet ist, der am Schwenkarm (5) befestigt ist.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmittel (9) im Schwenkarm (5) angeordnet ist.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmittel (9) als hydraulisches oder pneumatisches Kolben-Zylinder-System ausgebildet ist.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einem Haspeldorn (3) mehrere Schwenkarme (5) zugeordnet sind.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwenkarm (5) mittels eines Bewegungsmittels (12) verstellbar ist.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückrolle (8) und der Schwenkarm (5) bzw. deren Antriebe (9, 12) jeweils ein Wegmesssystem (13, 14) aufweisen.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwenkarm (5) ein Anschlag (15) für die Andrückrolle (8) angeordnet ist.