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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibkompensation in einer Wickelmaschine,
mit der ein Material auf eine Wickeltrommel aufgewickelt wird, wobei
die Wickeltrommel von einem Wickelantrieb angetrieben wird, der
von einer Steuer-/Regeleinrichtung angesteuert wird, wobei in der
Steuer-/Regeleinrichtung ein Antriebsmoment des Wickelantriebes vorgegeben
wird, wobei in einer Reibkompensationseinheit als ein eingangsseitiger
Prozessparameter eine Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel berücksichtigt
wird.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Reibkompensation
in einer Wickelmaschine, mit der ein Material auf eine Wickeltrommel
aufwickelbar ist, wobei die Wickeltrommel mit einem Wickelantrieb
angetrieben ist, der mit einer Steuer-/Regeleinrichtung ansteuerbar
ist, wobei in der Steuer-/Regeleinrichtung ein Zugspannungsregler
sowie eine Durchmesser-Recheneinheit und/oder eine Reibkompensationseinheit
zur Linearisierung des Zugspannungsreglers angeordnet sind, wobei
in der Reibkompensationseinheit als ein eingangsseitiger Prozessparameter
eine Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel aufgeschaltet ist.
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Wickelmaschinen
zum Aufwickeln von bahnförmigen Materialien, wie beispielsweise
Faserstoffen, Papier, Folien, Stoffen, dünnen Blechen etc., oder
von drahtähnlichen oder garnähnlichen Materialien
sind aus der Literatur hinreichend bekannt. Kennzeichnend für
derartige Maschinen ist eine exakte Regelung der Zugspannung beim
Aufwickelvorgang, um ungleichmäßige bzw. fehlerhafte
Wickelergebnisse zu vermeiden. Eine Reihe von Schriften beschäftigt
sich daher mit der Motorreglung für die Antriebe in derartigen
Maschinen.
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In
der
DE OS 3919162 A1 wird
beispielsweise eine Regeleinrichtung für eine Wickelmaschine beschrieben,
mit der die Zugspannung an einem von einer Zuführwalze
zu einer Aufwickelspindel verlaufendes Erzeugnis geregelt wird.
Die Regeleinrichtung enthält eine Drehzahlverhältnissteuereinheit
mit hoher Ansprechgeschwindigkeit zum genauen Steuern der jeweiligen
Drehzahlen eines Zuführmotors für den Antrieb
der Zuführwalze und eines Wickelmotors für den
Antrieb der Aufwickelspindel während einer Abbremsung der
Wickelmaschine. Damit kann erreicht werden, dass das Erzeugnis unter
Spannung gehalten wird, die im Wesentlichen gleich einer vorbestimmten
Zugspannung für den gleich bleibenden Betrieb ist. Mit
der Regeleinrichtung wird die für das Anhalten der Wickelmaschine
benötigte Zeit auf das Mindestmaß verkürzt.
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Aus
der
DE OS 10342020
A1 ist eine Wickelmaschine zum Wickeln einer Materialbahn,
insbesondere einer Faserstoffbahn, mit einer gegen einen Tambour
(Aufwickelwalze) drückbaren Luftabquetschwalze bekannt,
bei der die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Luftabquetschwalze
abhängig von einem momentanen Bahnzug der Materialbahn regelbar
ist.
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Wickelmaschinen
werden in der Regel mit Drehmoment- bzw. strombegrenzter Drehzahlregelung
realisiert. Der Wert für die die Begrenzung des Drehmomentes
bzw. des Stromes setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Diese
sind der Momentenanteil für die Zugspannung, der Momentenanteil
zur Beschleunigung und das Reibmoment.
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Die
Steuer-/Regeleinrichtungen der Wickelmaschinen, die auch als Wickelrechner
bezeichnet werden, bestehen daher auch aus mehreren funktionellen
Elementen, die die verschiedenen Momentanteile für den
Antrieb berechnen und entsprechend den Wickelantrieb ansteuern.
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Neben
einem Zugspannungsregler, der die Hauptkomponente für den
eigentlichen Regelkreis darstellt, besitzen heutige Wickelrechner
in der Regel noch eine Durchmesser-Recheneinheit, ggf. eine Beschleunigungskompensationseinheit
sowie eine Reibkompensationseinheit, die dazu dienen, die Regelstrecke
für den eigentlichen Zugspannungsregler des Wickelrechners
zu linearisieren, um eine möglichst störgrößenunabhängige
Regelung durchführen zu können. Die einzelnen
Komponenten im Wickelrechner werden dabei mit unterschiedlichen
Prozessparametern eingangsseitig beaufschlagt, die teilweise über
entsprechende Sensoren in der Wickelmaschine erfasst oder mittels
Modellen berechnet werden.
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Hinsichtlich
der Reibkompensation werden im Stand der Technik nur relativ einfache
Modelle berücksichtigt. Üblich ist derzeit, dass
lediglich als Prozessparameter die Drehzahl der Wickelachse bzw. die
Winkelgeschwindigkeit zur Ermittlung eines Reibkompensationswertes
verwendet wird. Zudem gibt es oftmals keinerlei Hilfsmittel, um
die erforderlichen Parameterwerte der Kompensation einzustellen.
Bisher sind lediglich Systeme bekannt, bei denen eine Kennlinie,
gebildet aus Drehzahl der Wickelachse und Reibmoment, mit wenigen
Stützstellen festgelegt werden können. Ein derartiges
System ist beispielsweise im Zusammenhang mit der Steuer-/Regeleinrichtungen
für Wickelmaschinen vom Typ REXROTH SYNAX 200 bekannt,
bei dem ein Reibmoment bei Stillstand, ein minimales Reibmoment
bei einer bestimmten Drehzahl sowie ein maximales Reibmoment bei
einem Geschwindigkeitsgrenzwert in Form von Stützstellen
für eine einfache Kennlinie vorgegeben ist.
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Nachteilig
ist dabei, dass wesentliche Reibungseffekte bei der Regelung nicht
berücksichtigt werden können. So sind beispielsweise
je nach der Masse des Wickels die Lagerreibung bzw. die Getriebeverluste
unterschiedlich groß. Auch der Anpressdruck einer optionalen
Anpresswalze wird in heutigen Reibkompensationseinheiten nicht berücksichtigt. Weitere
nicht konstante Reibungseffekte resultieren beispielsweise aus einer
lageabhängigen Reibung, wie sie bei bestimmten Getriebekonfigurationen
auftreten können, sowie aus einer temperaturabhängigen
Reibung.
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All
diese nicht berücksichtigten Reibungsanteile führen
dazu, dass die Regelstrecke nicht linear wird. Als Folge davon wird
man den Regelalgorithmus nicht optimal einstellen können
oder der Aufwand bei der Einstellung bzw. des Tests der eingestellten
Parameter wird recht hoch sein. Zudem wird das Störverhalten
des Gesamtsystems dadurch limitiert.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zustellen,
welches eine verbesserte Berücksichtigung der Reibungsanteile
bei Wickelvorgängen sowie eine verbesserte Ermittlung der
Kompensationsparameter ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe
der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereit zustellen.
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Vorteile der Erfindung
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Die
das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass zur Kompensation des Reibmomentes mindestens ein zusätzlicher
Prozessparameter berücksichtigt wird. Dadurch können
die verschiedenen Reibkompensationsanteile besser bei der Vorgabe
des Antriebmomentes berücksichtigt werden, woraus eine
deutlich verbesserte Regelung resultiert.
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Wird
dabei mittels eines Zugspannungsreglers eine Zugsollkraft mit einer
gemessenen Zugistkraft abgeglichen, können Abweichungen
von der Vorgabe direkt erfasst und das Antriebsmoment angepasst
werden.
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Erfolgt
eine Stellung der Zugkraft mittels eines Steuerteils, kann in diesem
Fall auf eine Messeinrichtung für den Zugspannungsistwert
verzichtet werden, was einen vereinfachten Aufbau, der entsprechend
kostengünstiger ist, ermöglicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass
in der Steuer-/Regeleinrichtung mit einer Durchmesser-Recheneinheit
und/oder der Reibkompensationseinheit das Antriebsmoment des Wickelantriebes
vorgegeben wird. Damit kann eine genauere Vorgabe des Antriebmomentes
berechnet werden.
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Eine
weitere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung
mit einer Beschleunigungskompensationseineinheit das Antriebsmoment
des Wickelantriebes vorgegeben wird. Damit können zusätzliche
dynamische Effekte bei der Vorgabe des Antriebmomentes berücksichtigt werden.
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Werden
zur Kompensation des Reibmomentes eine Wickelmasse und/oder eine
Temperatur und/oder ein Walzenanpressdruck und/oder ein Motor- bzw.
Wickelwinkelistwert als zusätzliche eingangsseitige Prozessparameter
verwendet, können damit sowohl wickelmassenabhängige
Reibungen, anpressdruckabhängige Reibungen, lageabhängige Reibungen
als auch temperaturabhängige Reibeffekte berücksichtigt
werden. Je nach Masse des Wickels sind z. B. die Lagerreibung oder
die Getriebeverluste unterschiedlich. Weiterhin kann durch den Anpressdruck
einer optionalen Anpresswalze ein unterschiedliches Antriebsmoment
erforderlich sein. Lageabhängige Reibungen können
beispielsweise durch ineinander greifende Zahnräder auftreten,
bei denen die Reibung über dem Umfang nicht konstant ist. Dies
ist insbesondere bei einer groben Ritzelteilung (d. h. geringe Anzahl
an Zahnradzähnen) der Fall. Diese Reibung kann auf der
Motorseite, auf der Lastseite (Wickel) oder aber auch irgendwo innerhalb
eines Getriebes zwischen Motor und Last auftreten. Temperaturabhängige
Reibungen können beispielsweise bei Verwendung von Zahnriemen
als Übersetzungsglied zwischen Motor und Wickel vorkommen. Bei
höherer Belastung ist insbesondere die Reibung dieses Zahnriemens
temperaturabhängig, da sich dieser erwärmt, woraus
sich wiederum eine veränderte Reibung ergeben kann. Eine
Erwärmung bewirkt in der Regel eine Längung des
Zahnriemens, welche dann eine geringere Reibung zur Folge haben
kann, da sich bei einer Längung die Zahnriemenspannung
verringert. Diese Effekte können nun mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren deutlich besser berücksichtigt werden.
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Eine
erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht dabei
vor, dass die zur Kompensation des Reibmomentes verwendeten einzelnen
Prozessparameter unabhängig voneinander ausgewertet und
additiv zu einer Gesamtreibkompensation verknüpft werden. Dies
hat den Vorteil, dass neben dem heutigen drehzahlabhängigen
Reibkompensationswert noch zusätzliche Reibkompensationswerte,
wie beispielsweise ein wickelmassenabhängiger Reibkompensationswert
aufaddiert werden und diese voneinander unabhängig behandelt
werden können, was hinsichtlich eines vereinfachten Algorithmus
Vorteile bietet.
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Eine
Verfahrensvariante sieht aber auch vor, dass von dem zur Kompensation
des Reibmomentes verwendeten einzelnen Prozessparameter mindestens
zwei miteinander verknüpft werden und daraus ein Kompensationswert
ermittelt wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf komplexe,
voneinander abhänge Zusammenhänge zur Ermittlung
der Reibkompensation von Vorteil.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kompensationsparameter für
die einzelnen Prozessparameter zur Bestimmung des Kompensationswertes
in Form von einem oder mehrerer Kennlinienfeldern bzw. Kennfeldern
aufbereitet werden und der Kompensationswert für das Reibmoment
direkt oder durch Interpolation zwischen Stützstellen aus
den Kennfeldern ermittelt wird. Dies ermöglicht es, besonders
komplizierte Zusammenhänge zu berücksichtigen,
die nicht ohne weiteres mittels Funktionen dargestellt werden können.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht
vor, dass die Kompensationsparameter für die einzelnen
Prozessparameter vor oder während einem Aufwickelvorgang
in mehreren Messfahrten mit definierten Bedingungen ermittelt und
gespeichert werden. Dies ermöglicht eine automatisierte
als auch manuelle Erfassung der für die Ermittlung der Reibkompensationswerte
erforderlichen Eingangsgrößen. Eine komplizierte
Eingabe entfällt damit, was zum einen den Programmieraufwand
minimiert und zum anderen auch mögliche Fehleingaben reduzieren
hilft. Zudem kann dadurch die Anlage sehr schnell auf unterschiedliche
Bahnmaterialien auf unterschiedlichen Wickelwalzen adaptiert werden.
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Eine
ebenfalls bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Kompensationsparameter
für die einzelnen Prozessparameter für Wartungszwecke
verwendet werden und/oder bei Abweichungen und/oder zeitlichen Veränderungen
gegenüber Vorgabewerten Meldungen generiert werden. Damit können
etwaige Defekte zuverlässig erkannt und angezeigt werden,
was eine vorbeugende Wartung unterstützt bzw. erst ermöglicht.
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Bei
dem zuvor beschriebenen Verfahren kann vorgesehen sein, dass der
Prozessparameter Wickelmasse als Funktion eines Wickeldurchmessers
bzw. -radius, einer Wickelbreite und einer Dichte des Materials
oder bei durchmesserabhängiger veränderbarer Dichte
des Wickels aus einer durchmesserabhängigen Bahnspannung
bzw. einer Wickelhärtenkennlinie bestimmt wird. Dies ermöglicht
eine unabhängige Bestimmung der wickelmassenabhängigen
Kompensation, auch ohne Berücksichtigung der Beschleunigungskompensation,
bei der die Masse des Wickels bekannt ist und im Prozess mitgeführt wird.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Temperatur durch
Messung der Temperatur am Wickelantrieb oder durch Berechnung mittels
eines thermischen Modells bestimmt wird. Temperaturabhängige
Reibanteile können damit exakt bestimmt und entsprechend
kompensiert werden.
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Eine
Verfahrensvariante sieht vor, dass der Prozessparameter Walzenanpressdruck
gemessen oder aus weiteren Prozessparametern berechnet wird. Dies
ist insbesondere bei der Verwendung einer Anpresswalze vorteilhaft.
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Um
wickellagenabhängige Anteile zu kompensieren, kann vorgesehen
sein, dass die Kompensationsparameter, die vom Prozessparameter
Motor- bzw. Wickelwinkelistwert abhängig sind, in Form
einer Datenbank innerhalb der Reibkompensationseinheit oder der
Steuer-/Regeleinrichtung, z. B. als Tabelle, abgelegt werden.
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Die
die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass zur Kompensation des Reibmomentes in der Reibkompensationseinheit
mindestens ein zusätzlicher Prozessparameter eingangsseitig aufgeschaltet
ist. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendung der zuvor
beschriebenen Verfahrensvarianten hinsichtlich einer verbesserten
Berücksichtigung verschiedenster Reibkompensationsanteile.
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In
einer Ausführungsform ist in der Steuer-/Regeleinrichtung
eine Beschleunigungskompensationseinheit angeordnet ist, die eine
verbesserte Regelung insbesondere bei sich ständig ändernden Bahngeschwindigkeiten
ermöglicht.
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Die
bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Reibkompensationseinheit
als zusätzliche Eingangsgrößen eine Wickelmasse
und/oder eine Temperatur und/oder einen Walzenanpressdruck und/oder
einen Motor- bzw. Wickelwinkelistwert aufweist, wodurch wickelmassenabhängige,
temperaturabhängige, ggf. anpresswalzenabhängige und/oder
wickellagenabhängige Anteile bei der Vorgabe des Antriebmomentes
berücksichtigt werden können.
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Zur
einfachen Bestimmung der Reibkompensationswerte kann die Reibkompensationseinheit mindestens
eine Kennfeld-Einheit zur Verknüpfung mindestens zweier
Prozessparameter aufweisen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind in
der Reibkompensationseinheit und/oder in der Steuer-/Regeleinrichtung
Kompensationsparameter für einzelne Reibanteile bestimmbar und
für weitere Auswertungen speicherbar. Dies ermöglicht
einerseits eine flexible Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen
und andererseits eine vorbeugende Wartung und Überprüfung
der Mechanik.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungs beispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine Wickelmaschine mit einer Steuer-/Regeleinrichtung nach
dem Stand der Technik,
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2 schematisch
eine Wickelmaschine mit einer Steuer-/Regeleinrichtung in erfinderischer
Ausgestaltung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
beispielhaft in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1,
die als wesentliche Komponenten eine Wickeltrommel 30 enthält, die
mittels eines Wickelantriebs 20 angetrieben wird. Ein Material 70,
beispielsweise ein bahnförmiges Erzeugnis, welches aufgewickelt
werden soll, wird im gezeigten Beispiel zunächst über
eine erste Umlenkeinrichtung 61, hier als feststehende
Walze ausgebildet, und danach über eine zweite Umlenkeinrichtung 62,
welche als lose Walze ausgebildet ist, und anschließend über
eine dritte Umlenkeinrichtung 63 in Form einer weiteren
feststehenden Walze geführt und gelangt schließlich
zur Wickeltrommel 30, wobei im gezeigten Beispiel eine
Anpresswalze 40 das Material 70 auf den bereits
ausgebildeten Wickel auf der Wickeltrommel 30 anpresst,
um beispielsweise Lufteinschlüsse zu vermeiden.
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Die
Umlenkeinrichtung 62 steht dabei in mechanischer Wirkverbindung
mit einer Kraftmesseinrichtung 50. Die Kraftmesseinrichtung 50,
welche einseitig fest mit der Struktur der Wickelmaschine 1 verbunden
ist, kann beispielsweise als Kraftmessdose ausgeführt sein,
mit der die Zugspannung des Materials 70 während
des Wickelns bestimmt werden kann. Die gemessenen Werte werden (hier
nicht gezeigt) einer Steuer-/Regeleinrichtung 10 (Wickelrechner)
zugeführt und dienen insbesondere als Eingangsgröße
für einen, in der Steuer-/Regeleinrichtung 10 integrierten
Zugspannungsregler 11, der den Wickelantrieb 20 steuert.
Alternativ kann auch nur eine Stellung der Zugkraft erfolgen.
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Die
Steuer-/Regeleinrichtung 10 enthält gemäß dem
Stand der Technik noch weitere funktionelle Elemente, wie eine Durchmesser-Recheneinheit 12,
eine Beschleunigungskompensationseinheit 13 und eine Reibkompensationseinheit 14,
die dazu dienen, die Regelstrecke für den Zugspannungsregler 11 zu
linearisieren, um eine möglichst störgrößenunabhängige
Regelung durchführen zu können. Dies führt
zu einer besseren Regelgüte des Gesamtsystems. Dabei wird,
wie gezeigt, eine Stellgröße als Ausgangssignal
des Zugspannungsreglers 11 mit Korrekturstellgrößen
als Ausgangssignale der Durchmesser-Recheneinheit 12 und
der Beschleunigungskompensationseinheit 13 in einem ersten
Verknüpfungsglied 15 zu einer Stellgröße
vereint. Im gezeigten Beispiel wird anschließend in einem
zweiten Verknüpfungsglied 16 noch eine weitere
Korrekturstellgröße als Ausgangssignal der Reibkompensationseinheit 14 dem
Steuersignal für den Wickelantrieb 20 zugeführt. Üblicherweise
werden die Reib- und die Beschleunigungskompensation als Vorsteuerung des
Antriebmomentes aufgeschaltet. Die Algorithmen der einzelnen Komponenten
in der Steuer-/Regeleinrichtung 10 werden durch unterschiedliche Prozessgrößen
gespeist und steuern den Wickelantrieb 20.
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Gemäß dem
Stand der Technik ist vorgesehen, dass der Reibkompensationseinheit 14 als
Prozessparameter 80 lediglich der Wert für eine
Winkelgeschwindigkeit 81 der Wickeltrommel 30 zugeführt ist.
Der Wert für einen Kompensationswert für das Reibmoment
wird üblicherweise aus der Winkelgeschwindigkeit 81 in
einem relativ einfachen Modell errechnet.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1 in erfinderischer
Ausgestaltung, die im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform
eine Steuer-/Regeleinrichtung 10 aufweist, in der die Reibkompensationseinheit 14 eingangsseitig
zusätzliche Prozessparameter 80 aufweist.
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Neben
der Winkelgeschwindigkeit 81 der Wickeltrommel 30 sind
der Reibkompensationseinheit 14 im gezeigten Beispiel als
zusätzliche Eingangsgröße noch ein Wert
für eine Wickelmasse 82, ein Wert für
eine Temperatur 83 des Wickelantriebs 20, ein
Wert für einen Walzenanpressdruck 84 sowie ein Wert
für einen Motor- bzw. Wickelwinkelistwert 85 zugeführt.
Wie in der 2 angedeutet, können
noch weitere Eingangsgrößen der Reibkompensationseinheit 14 aufgeschaltet
sein.
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In
einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass dabei
die Kompensationswerte für die einzelnen Reibkomponenten
unabhängig voneinander additiv aufgeschaltet werden. Beispielsweise
wird neben dem drehzahlabhängigen Reibkompensationswert
noch ein Pfad mit einem wickelmassenabhängigen Reibkompensationswert
aufaddiert. Die beiden Pfade sind dabei unabhängig voneinander,
d. h. die drehzahlabhängige Reibkompensation wird wickelmassenunabhängig
aufgeschaltet und die wickelmassenabhängige Reibkompensation
wird drehzahlunabhängig aufgeschaltet.
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In
einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Gesamtreibkompensation aus voneinander abhängigen Kompensationsanteilen
additiv gebildet wird. Dabei werden mindestens zwei der abhängigen
Größen miteinander verknüpft und daraus der
Kompensationswert ermittelt. Hierdurch ergeben sich im Modell Kennlinienfelder
bzw. Kennfelder, die im Fall von zwei voneinander abhängigen
Größen als Fläche im Raum dargestellt
werden können. So lassen sich beispielsweise die Kompensationswerte
für die Reibung aus einem Kennlinienfeld bestimmen, welches
aus der Wickelmasse 82 und der Winkelgeschwindigkeit 81 der
Wickeltrommel 30 aufgespannt ist. Als weitere Dimension
des Kennfeldes können die Temperatur 83, der Walzenabpressdruck 84 und der
Motor- bzw. Wickelwinkelistwert 85 Verwendung finden. Dabei
müssen die Kennlinienfelder nicht komplett bekannt sein.
Die Kompensationswerte lassen sich beispielsweise durch entsprechende
Interpolationen (z. B. lineare Interpolation) aus dem Kennlinienfeld
bestimmen, auch wenn dabei nur wenige Stützstellen bekannt
sind.
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Die
Vorrichtung in 2 weist daher in der Reibkompensationseinheit 14 bzw.
die Steuer-/Regeleinrichtung 10 erfindungsgemäß mindestens
eine Kennfeld-Einheit 14.1 auf, die beispielsweise softwaremäßig
im Steuer-/Regelprogramm hinterlegt ist.
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Weiterhin
lassen sich die verschiedenen Reibanteile aus mehreren Kennlinienfeldern
bestimmen und anschließend additiv verknüpfen.
Auch eine Kombination aus den zuvor beschriebenen Auswertemethoden
ist möglich.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Wickelmasse 82 als
Funktion eines Wickeldurchmessers bzw. -radius, einer Wickelbreite und
einer Dichte des Materials oder bei durchmesserabhängiger
veränderbarer Dichte des Wickels aus einer durchmesserabhängigen
Bahnspannung bzw. einer Wickelhärtenkennlinie bestimmt
wird. Da die Wickelbreite und die Materialdichte im Prozess normalerweise
konstant sind, ergibt sich die Wickelmasse 82 nur als Funktion
des Durchmessers bzw. des Radius. Es kann aber auch die Materialdichte
im Prozess variieren, da aufgrund einer vorgegebenen durchmesserabhängigen
Bahnspannung (Wickelhärtenkennlinie) sich die mittlere
Dichte des Wickels verändern kann. Auch dies kann ermittelt
werden, da die Bahnspannung bzw. die Wickelhärtenkennlinie
meist bekannt ist.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Temperatur 83 durch
Messung der Temperatur am Wickelantrieb oder durch Berechnung mittels
eines thermischen Modells bestimmt wird. Temperaturabhängige
Reibanteile können damit exakt bestimmt und entsprechend
kompensiert werden.
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Eine
Verfahrensvariante sieht vor, dass der Prozessparameter Walzenanpressdruck 84 gemessen
oder aus weiteren Prozessparametern berechnet wird. Dies ist insbesondere
bei der Verwendung einer Anpresswalze vorteilhaft. Der entsprechende
Kompensationsanteil kann dabei als Funktion des Anpressdruckes sowie
ggf. weiterer Prozessgrößen (z. B. Wickeldurchmesser)
errechnet werden, wobei dieser in erster Näherung proportional
zum Produkt aus Anpressdruck und Wickeldurchmesser ist.
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Um
wickellagenabhängige Anteile zu kompensieren, ist vorgesehen,
dass die Kompensationsparameter, die vom Prozessparameter Motor-
bzw. Wickelwinkelistwert 85 abhängig sind, in
Form einer Datenbank innerhalb der Reibkompensationseinheit oder
der Steuer-/Regeleinrichtung, z. B. als Tabelle, abgelegt werden.
Daneben können auch ein oder mehrere Getriebestufen zwischen
Motor und Wickeltrommel 30 in Betracht kommen.
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Hinsichtlich
der Ermittlung der Kompensationsparameter, die mit steigender Komplexität
neben der reinen Kompensation eine wichtige Rolle spielt, ist beispielsweise
verfahrenstechnisch vorgesehen, automatisierte Messfahrten durchzuführen.
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Mit
den Messfahrten kann das Kennlinienfeld bestimmt und in der Steuerung
abgelegt werden, wobei beispielsweise die wickelmassenabhängige
Reibkompensation mittels mehreren Messfahrten, z. B. mit leerem
Wickel, bei vollem Wickel und bei halb vollem Wickel durchgeführt
werden. Jede Messfahrt kann mehrere Geschwindigkeitsmesspunkte beinhalten,
bei denen das Kompensationsmoment ermittelt wird, z. B. anhand des
im Wickelantrieb 20 vorhandenen Antriebmomentes, wobei
das zugkraftbildende Antriebsmoment vom gesamten Antriebsmoment subtrahiert
werden muss, um die Reibkompensation zu bestimmen.
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Ebenso
können Messfahrten zur Ermittlung der Parameter der temperaturabhängigen
Kompensation, der Kompensation des Anpresswalzendruckes und der
lageabhängigen Kompensation durchgeführt werden.
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Die
Messfahrten können auch zur vorbeugenden Wartung verwendet
werden. Vorteilhaft sind dafür Messfahrten mit leerem Wickel,
da hier die Eigenschaften des Wickelgutes vernachlässigt
werden können. Beispielsweise kann eine Grenze für
das Anfahrreibmoment (Losbrechmoment) oder für das maximal
auftretende Reibmoment, welches üblicherweise bei hohen
Drehzahlen auftritt, angegeben werden, ab der eine Meldung generiert
wird. Diese könnte z. B. dazu verwendet werden, um Lager
zu warten oder auszutauschen.
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Weiterhin
können die Messfahrten als Referenzmessung auch zur Überprüfung
der Mechanik verwendet werden. Nach einem Austausch von mechanischen
Komponenten, z. B. nach einem Zahnriemenwechsel, können
diese mittels dieser Messfahrten ebenfalls hinsichtlich der richtigen
Einstellung (z. B. die Zahnriemenspannung) oder deren richtiger Funktion überprüft
werden. Ist beispielsweise die Zahnriemenspannung sehr hoch, wird
das Antriebsmoment ebenfalls stark ansteigen.
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Die
aufgezeigten Verfahrensvarianten und die beschrieben Vorrichtungsvarianten
erlauben es, die verschiedenen Reibkompensationsanteile bei der Steuerung-/Regelung
des Wickelantriebs 20 besser zu berücksichtigen,
so dass daraus eine deutlich verbesserte Regelung resultiert. Weiterhin
können die verschiedenen Kompensationsparameter weitgehend
automatisiert ermittelt und überwacht werden. Letzteres
kann vorteilhaft hinsichtlich der Wartung und Überwachung
von Wickelmaschinen 1 genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3919162
A1 [0004]
- - DE 10342020 A1 [0005]