DE19931217C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Wickelparameters eines Bandwickelvorganges - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Wickelparameters eines BandwickelvorgangesInfo
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Abstract
Ein sehr dünnes Bandmaterial (11), z. B. aus dünner Aluminiumfolie, wird auf einem Wickelkern (10) zu einem Bandwickel (12) aufgewickelt. Dabei wird Luft, die an dem Bandmaterial haftet, mitgewickelt. Zur Bestimmung der Wickeldichte werden jeweils aus Umdrehungen des Wickelkerns (10) Meßzyklen gebildet. Während jeden Meßzyklus wird mit einer Meßeinrichtung (16) die Wickellänge gemessen. Aufgrund der Differenz der Wickellängen bei zwei nacheinander folgenden Meßzyklen kann unter Berücksichtigung der Materialstärke die Wickeldichte oder die Stärke der eingeschlossenen Luftschicht bestimmt werden. Auf diese Weise ist eine Qualitätsaussage über den hergestellten Bandwickel möglich. Es kann auch eine Regelung des Wickelvorganges im Sinne einer Konstanthaltung des Wickelparameters erfolgen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines auf
die Wickeldichte bezogenen Wickelparameters eines Bandwickel
vorganges, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah
rens.
Bandmaterial aus Metallfolie oder aus Kunststoffolie wird zu
großen Coils aufgewickelt, um an Verarbeitungsbetriebe versandt
zu werden. Das Aufwickeln auf einen Wickelkern erfolgt mit
hoher Geschwindigkeit, wobei Luft in den Wickel hinein gerissen
wird. Ein gewisser Lufteinschluß zwischen den Windungen des
Wickels ist erwünscht, weil der Wickel dadurch eine gewisse
Weichheit und Elastizität erhält. Wird die eingeschlossene
Luftmenge zu groß, entstehen allerdings Unrundheiten und eine
nicht zu akzeptierende Weichheit des Wickels. Ein homogener und
mit dem gewünschten Lufteinschluß hergestellter Wickel kann in
dem Verarbeitungsbetrieb mit hoher Geschwindigkeit abgewickelt
werden. Bei Wickeln von schlechterer Qualität muß dagegen die
Abwickelgeschwindigkeit reduziert werden. Es besteht daher ein
Bedürfnis, Bandwickelvorgänge mit definierter Wickeldichte
durchführen zu können.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Wickeldichte ist beschrieben
in DE 41 16 081 A1. Hierbei werden die Materialstärke, die
Wickellänge und der Außendurchmesser des Wickelballens gemes
sen. Aus der Folienstärke, der Wickellänge und der Größe der
stirnseitigen Ringfläche des Wickelballens wird die Wickel
dichte ermittelt. Die Wickeldichte ist das Verhältnis des tat
sächlichen Gewichtes der aufgewickelten Materialbahn im Ver
hältnis zu dem rein theoretisch möglichen Voll-Gewicht des
Wickels ohne Lufteinschlüsse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Ermittlung eines auf die Wickeldichte be
zogenen Wickelparameters anzugeben, um mit einfachen Mitteln
eine hochgenaue Bestimmung des Wickelparameters zu ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit dem Ver
fahren des Patentanspruchs 1 und der Vorrichtung des Patentan
spruchs 5.
Nach der Erfindung wird der auf die Wickeldichte bezogene
Wickelparameter dadurch ermittelt, daß in zwei nacheinander
aufgetretenden Meßzyklen, die einer ausgewählten Anzahl von Um
drehungen des Wickelkerns entsprechen, jeweils die aufgespulte
Wickellänge bestimmt wird. Die beiden Meßwerte der Wickellängen
werden dann in Beziehung zueinander gesetzt, wobei unter Be
rücksichtigung der Materialstärke der Wickelparameter berechnet
wird. Bei dem zu berechnenden Wickelparameter handelt es sich
um die Wickeldichte oder um die Stärke der zwischen zwei
Wickellagen eingeschlossenen Luftschicht. Das Verfahren kann
mit lediglich zwei Meßeinrichtungen durchgeführt werden, von
denen die eine Meßeinrichtung die Wickellänge erfaßt, während
die andere die Umdrehungen des Wickelkernes umfaßt. Aus den
während aufeinanderfolgender Meßzyklen gewonnenen Werten der
Wickellänge können die gewünschten Wickelparameter berechnet
werden, unter der Voraussetzung, daß die Materialstärke bekannt
ist und konstant bleibt, oder mit einer Dickenmeßeinrichtung
kontinuierlich erfaßt wird.
Die Erfindung ermöglicht es, einen auf die Wickeldichte bezo
genen Parameter nicht erst am Ende eines Wickelvorgangs zu er
mitteln, sondern schon während des Wickelns zu kennen. Dies er
möglicht es, sofort Einfluß zu nehmen und eine Regelung des Pa
rameters vorzunehmen.
Generell kann von dem Umfang einer aufgewickelten Windung der
Umfang der vorhergehenden Windung subtrahiert werden. Die so
ermittelte Längendifferenz ist ein direktes Maß für die
Durchmesserzunahme des Wickels. Die Durchmesserzunahme ist die
Summe von Materialstärke plus Lufteinfluß.
Die Wickeldichte WD kann nach folgender Formel berechnet
werden:
Startdurchmesser und Enddurchmesser beziehen sich auf Start und
Ende desselben Wickelzyklus. Die Stärke DL der Luftschicht kann
nach folgenden Gleichungen bestimmt werden:
Die Anzahl der Umdrehungen des Wickelkerns, die einen Meßzyklus
ergeben, ist vorzugsweise ganzzahlig. In diesem Fall braucht
lediglich jeweils der Nulldurchgang bei jeder Umdrehung detek
tiert zu werden. Die Umdrehungszahl kann durch Zählen der Null
durchgangsimpulse bestimmt werden. So kann ein Meßzyklus bei
spielsweise aus exakt 10 Umdrehungen bestehen. Es ist aber auch
möglich, als Meßzyklus jede andere Drehwinkelgröße zu wählen,
beispielsweise 270° oder 500°. Wichtig ist, daß der Meßzyklus
anhand eines definierten Drehwinkels des Wickelkernes bestimmt
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im einfachsten Fall ein
reines Meßverfahrens, bei dem der Wickelparameter bestimmt
wird. Der Bandwickel wird dann mit einer Information über den
gemessenen Wickelparameter versehen an den Empfänger geschickt.
Der Empfänger weis aufgrund des Parameters, mit welcher maxi
malen Abwickelgeschwindigkeit der Bandwickel abgewickelt werden
darf.
Die Erfindung ermöglicht auch eine Regelung des Parameters im
Sinne einer Konstanthaltung während des Wickelvorganges. Hierzu
wird eine Regelung durchgeführt, wobei als Stellgröße zum Konstanthalten
des Wickelparameters die Anpreßkraft einer Andrück
walze oder die Zugkraft des Antriebs des Wickelkernes verändert
wird.
Bei einer Vorrichtung, bei der die Recheneinrichtung eine Ta
belle enthält, in die für jedes Intervall der errechnete Durch
messer des Winkels und der Absolutwert der Wickellänge einge
schrieben werden, besteht die Möglichkeit der Benutzung der an
fallenden Daten für andere Anwendungen. Tritt beispielsweise
beim Wickeln ein Bandabriß oder eine Flickstelle auf, dann ist
es üblich, die betreffenden Stellen herauszuschneiden und die
Bandenden auf dem Wickler mit Ultraschall zusammenzuschweißen.
Vor dem Schweißen werden die letzten Lagen von dem Wickel abge
wickelt. Durch dieses Abwickeln geht die aktuelle Materiallauf
länge des Wickels verloren. Erfindungsgemäß kann nach einer
Schweißung anhand der nächsten Meßzyklen der aktuelle Durchmes
ser des Wickels berechnet werden. Dieser Durchmesser wird mit
den in der Tabelle abgelegten Durchmessern verglichen. Die
Lauflänge des Durchmessers, der mit dem aktuellen Durchmesser
korrespondiert, wird als neuer Setzwert in den Meterzähler des
Wicklers geschrieben. Hierbei kann, wenn der aktuelle Durchmes
ser mit einem abgelegten Durchmesser nicht exakt übereinstimmt,
eine Interpolation erfolgen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher er
läutert.
In der Zeichnung ist ein schematisches Schaltbild der Wickel
vorrichtung mit Meßvorrichtung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt einen Wickelkern 10, der von einem (nicht
dargestellten) Motor angetrieben wird. Eine Materialbahn 11
wird auf dem Wickelkern 10 zu einem Spulenwickel 12 aufgewic
kelt. Das Bandmaterial 11 ist eine dünne Folie aus Aluminium,
wie sie als dampfdichte Schicht Getränketüten u. dgl. benutzt
wird. Die Materialstärke beträgt 6 bis 10 µm.
Das Bandmaterial 11 kommt von einer Herstellungsstraße mit
konstanter Geschwindigkeit. Es läuft zwischen zwei Walzen
13, 14 hindurch, die schlupffrei an entgegengesetzten Seiten
des Bandmaterials angreifen und nicht angetrieben sind. Die
Welle der Walze 13 ist mit einem Impulsgeber 15 versehen, der
eine hohe Winkelauflösung hat und pro Umdrehung der Welle
zahlreiche Impulse liefert. Der Impulsgeber 15 bildet eine
Meßeinrichtung 16 zur Bestimmung der zulaufenden Wickellänge.
Mit der Welle des Wickelkernes 10 ist ein Impulsgeber 17
gekoppelt. Dieser liefert bei jeder Umdrehung des Wickelkernes
10 einen Impuls, und zwar einen sehr kurzen Impuls bei dem
Nulldurchgang. Der Impulsgeber 17 bildet eine Meßeinrichtung
18 zur Ermittlung der Umdrehungen des Wickelkerns 10.
Die Meßeinrichtungen 16 und 18 sind mit einer
Auswerteschaltung 19 verbunden. Diese enthält einen Zähler 20,
der bis zehn zählt und jeweils nach zehn Eingangsimpulsen
einen Ausgangsimpuls erzeugt. Die Ausgangsimpulse des Zählers
20 begrenzen jeweils einen Meßzyklus, der hier zehn
Umdrehungen des Wickelkernes ausmacht.
Die Impulse der Meßeinrichtung 16 werden einem Zähler 21 zuge
führt, dessen Rücksetzeingang R mit einem ODER-Tor 22 verbunden
ist. Der Zähler 21 ist mit einer Halteschaltung 23 versehen.
Diese übernimmt den Zählerstand des Zählers 21, wenn an ihrem
Latcheingang L ein Steuerimpuls auftritt. Der Latcheingang L
ist an den Ausgang des Zählers 20 angeschlossen. Wenn der Zäh
ler 20 am Ende eines Meßzyklus einen Ausgangsimpuls erzeugt,
übernimmt die Halteschaltung 23 den Zählerstand des Zählers 21.
Dieser wird gleichzeitig über das Signal an seinem Rücksetzein
gang R auf Null zurückgesetzt. Der Rücksetzeingang R empfängt
über das ODER-Tor 22 das Ausgangssignal des Zählers 20 oder ein
Steuersignal, das von dem die Wickelanlage steuernden Schalt
schrank 24 kommt.
Der Ausgang der Halteschaltung 23 ist über eine Leitung 25 mit
einer Recheneinrichtung 26 verbunden. Die Recheneinrichtung 26
ist hier ein PC mit Bildschirm und Tastatur, an dem der Be
nutzer Werte wie Materialstärke des Bandmaterials 11, Endgröße
des Wickels 12 u. dgl. eingeben kann. Die Recheneinrichtung 26
ist mit dem die Wickelanlage steuernden Schaltschrank 24 ver
bunden.
Ein Meßzyklus besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus zehn Umdrehungen des Wickelkerns 12. Während des Meßzyklus
werden die von dem Impulsgeber 15 erzeugten Impulse im Zähler
21 gezählt. Am Ende des Meßzyklus wird der Zählerstand des Zäh
lers 21 in die Halteschaltung 23 übergeben und von dieser über
Leitung 25 an die Recheneinrichtung 26 geliefert. Gleichzeitig
beginnt unverzüglich der nächstfolgende Meßzyklus.
Die Wickeldichte wird ermittelt nach der Formel
und die Stärke DL der eingeschlossenen Luftschicht wird
ermittelt nach der Formel
Beide Parameter, Wickeldichte und Stärke der eingeschlossenen
Luftschicht können auf dem Bildschirm der Recheneinrichtung 26
angezeigt werden. Diese Parameter können bei der nachfolgenden
Verarbeitung des Bandwickels verwertet werden. Beispielsweise
wird jeder Bandwickel nach dem Wickelprozeß in einem Glühofen
geglüht. Die Dauer des Glühprozesses wird wesentlich von der
Menge der eingeschlossenen Luft bestimmt. In Abhängigkeit von
der Stärke der eingeschlossenen Luftschicht kann die Dauer des
Glühprozesses variiert werden.
Es ist auch möglich, während des Wickelprozesses eine Regelung
durchzuführen. So kann beispielsweise die Zugkraft, mit der der
Wickelkern 10 angetrieben ist, in Abhängigkeit von dem gemes
senen Parameter variiert werden. Während die Bandgeschwindig
keit konstant ist, kann die Zugkraft des Motors verändert wer
den. Eine Erhöhung der Zugkraft bedeutet eine Verringerung der
Lufteinschlüsse.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des eingeschlossenen
Luftvolumens besteht darin, den Druck einer Anpreßrolle 28 zu
verändern, die von einem Andrückorgan 27, hier einem Zylinder,
an der Auflaufstelle des Bandes 11 gegen den Wickel 12 gedrückt
wird. Eine Erhöhung der Anpreßkraft bedeutet eine Verringerung
des im Wickel einzuschließenden Luftvolumens.
Claims (6)
1. Verfahren zur Ermittlung eines auf die Wickeldichte
bezogenen Wickelparameters eines Bandwickelvorganges, bei
dem ein Bandmaterial (11) mit konstanter
Zuführgeschwindigkeit auf einen Wickelkern (10)
aufgewickelt wird, mit den Schritten
- - Ermittlung der Umdrehungen des Wickelkernes (10),
- - Bestimmen eines Meßzyklus, der einer ausgewählten und konstanten Anzahl von Umdrehungen des Wickelkernes (10) entspricht,
- - Messen der während eines Meßzyklus aufgespulten Wickel länge des Bandmaterials,
- - Bestimmen eines weiteren Meßzyklus, der einer ausgewählten Anzahl von Umdrehungen des Wickelkernes (10) entspricht,
- - Messen der während des weiteren Meßzyklus aufgespülten Wickellänge des Bandmaterials,
- - Ermittlung des Wickelparameters aus der Wickellänge des weiteren Meßzyklus und der Wickellänge eines vorhergehenden Meßzyklus unter Berücksichtigung der Materialstärke.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Wickelparameter die Wickeldichte ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Wickelparameter die Stärke der zwischen den Windungen des
Wickels (12) eingeschlossenen Luftschicht ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Größe des
ermittelten Wickelparameters eine Regelung in der Weise
erfolgt, daß der Wickelparameter auf einen Sollwert
geregelt wird, wobei als Stellgröße der Regelung die
Anpreßkraft einer Andrückrolle (28) oder die Zugkraft des
Wickelkernes (10) verändert wird.
5. Vorrichtung zur Ermittlung eines auf die Wickeldichte
bezogenen Wickelparameters eines Bandwickelvorganges nach
Anspruch 1, bei welchem ein Bandmaterial (11) auf einen
Wickelkern (10) aufgewickelt wird, mit einer ersten
Meßeinrichtung (18) zur Ermittlung der Umdrehungen des
Wickelkernes (10) und zur Bestimmung von Meßzyklen, die
jeweils einer vorgegebenen und konstanten Umdrehungszahl
entsprechen, einer zweiten Meßeinrichtung (16) zum Messen
der während jedes Meßzyklus aufgespulten Wickellänge des
Bandmaterials, und einer Recheneinrichtung (26), die aus
der Wickellänge eines Meßzyklus und der Wickellänge eines
vorhergehenden Meßzyklus unter Berücksichtigung der
Materialstärke den Wickelparameter berechnet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Recheneinrichtung (26) eine Tabelle enthält, in die
für jeden Meßzyklus der errechnete Durchmesser des Wickels
und der Absolutwert der Wickellänge eingeschrieben werden.
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