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Die
Erfindung betrifft ein Wickelverfahren und eine Wickelvorrichtung
für eine
Metallfolie, beispielsweise in einer Anlage zur Herstellung einer
gewalzten Metallfolie oder dergleichen während des Aufwickelns zu einer
Spiralform, und insbesondere betrifft sie ein Wickelverfahren und
eine Wickelvorrichtung zum Aufwickeln einer Edelstahlfolie mit 0,3 mm
Dicke oder weniger.
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Bei
einer Anlage zur Herstellung einer Metallfolie während des Aufwickelns derselben
zu einer Spiralform (beispielsweise einer Walzanlage), kommt es
zu einer Strangverlängerung
zwischen einer Ablenkwalze und einer Spannungstrommel (Wickeltrommel),
da die Metallfolie unter Spannung aufgewickelt wird. Wird der Strangverlängerungsabschnitt
spiralförmig
aufgewickelt, kommt es zu Falten, da dieser in einem gebogenen Zustand
aufgewickelt wird, wie beispielsweise in 8 gezeigt.
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Kommt
es im Verlauf des Aufwickelns auf die Spannungstrommel zu Falten,
muss man die Vorrichtung einmal anhalten, da man diese beseitigen
muss. Dies senkt die Produktivität
und verringert somit die Ausbeute durch Abschneiden des gefalteten
Abschnitts. Hinsichtlich der Produktivität ist es zudem vorteilhafter,
eine kleiner Zahl von Rollen mit einem größeren Einheitsgewicht herzustellen
als eine größere Zahl
von Rollen mit einem kleineren Einheitsgewicht, da die Schwierigkeit
der Handhabung dieser Rollen geringer ist. Die Beseitigung der gefalteten Abschnitte
beim Auftreten von Falten führt
jedoch auch zu einem Problem, dass die Rollen geteilt werden müssen, wodurch
eine Anzahl von Rollen mit kleinerem Einheitsgewicht hergestellt
wird. Zur Vermeidung des Auftretens solcher Falten wurde bisher ein
Verfahren zum Anordnen einer Faltenverhinderungswalze an einer Position
unmittelbar in der Nähe einer
Spannungstrommel vorgeschlagen, wodurch das Auftreten von Falten,
verhindert wird, wie beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 63-268502 oder der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 1-289509 beschrieben.
Zudem wurde ein Verfahren zur mobilen Einrichtung einer Faltenverhinderungswalze
und zum Aufwickeln einer Metallfolie vorgeschlagen, während die
Walze mit einer bestimmten Presskraft an die Folie gepresst wird.
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Die
Faltenverhinderungswalze kann nebenbei einen stärkeren Glättungseffekt bewirken, wenn sie
gegen eine Metallfolie an einer Stelle gepresst wird, die näher an der
Kontaktstelle zwischen der bereits aufgewickelten Metallfolienrolle
und einer noch aufzuwickelnden Metallfolie ist.
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Bei
dem Verfahren zur Anordnung der Faltenverhinderungswalze an einer
vorbestimmten Stelle, wie beschrieben in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 63-268502 und der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 1-289509,
können
jedoch nur Produkte mit kleinem Rolleneinheitsgewicht hergestellt
werden, da der Durchmesser der Rolle beim Aufwickeln der Metallfolie
zunimmt. Sind die Rolle und die Faltenverhinderungswalze sehr weit
voneinander entfernt, führt
dies zu einem Problem, dass man das Auftreten von Falten nicht vollständig verhindern
kann, wenn man eine äußerst dünne und
breite Metallfolie aufwickelt, beispielsweise mit etwa 30 μm Dicke und
1000 mm Breite.
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Gemäß dem Verfahren,
beschrieben in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 1-245917, weist das Verfahren nicht das Problem wie in der japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. 63-268502 und in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 1-289509 beschrieben, auf, da die Faltenverhinderungswalze immer
zu einer optimalen Stelle gesteuert werden kann, jedoch beinhaltet
dies das Problem, dass die Bestimmung der Presskraft der Faltenverhinderungswalze mühsam ist.
Demzufolge ergibt sich das Problem, dass man bei jeder Änderung
der Bedingungen, wie Dicke und Breite, eine geeignete Presskraft
bestimmen muss, indem die Bleche mehrmals hindurchgeleitet werden
müssen,
was die Effizienz verschlechtert.
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Gemäß einer
Vorrichtung, wie sie in JP-59093214 beschrieben ist, welches den
nächsten Stand
der Technik darstellt, bewahrt man eine gewundene Aluminiumplatte
davor, dass sie unter übermäßige Spannung
gerät,
indem eine Spannwalze so eingestellt wird, dass ein kleiner und
konstanter Wicklungswinkel der Aluminiumplatte aufrecht gehalten
wird, die auf einem geschlitzten Wicklungskern aufgewickelt wird.
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Vor
diesem Hintergrund wurde die Erfindung vollendet, indem man die
Probleme berücksichtigte, welche
im Stand der Technik noch nicht gelöst wurden, und eine ihrer Aufgaben
ist die Bereitstellung eines Wickelverfahrens und einer Wickelvorrichtung für eine Metallfolie,
welche das Auftreten von Falten beim spiraligen Aufwickeln einer
Metallfolie einfach vermeiden.
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Zur
Erzielung der vorstehenden Aufgabe bietet die Erfindung ein Wickelverfahren
für eine
Edelstahlfolie, zum Aufwickeln einer Edelstahlfolie, die von einer
Ablenkwalze zu einer Wickeltrommel geführt wird, während selbige durch eine Faltenverhinderungswalze
gepresst wird, wobei die Stellung der Faltenverhinderungswalze derart
gesteuert wird, dass der Wicklungswinkel zwischen der Edelstahlfolie
und der Faltenverhinderungswalze größer ist als ein angestrebter
Wicklungswinkel, was das Aufkommen von Falten verhindern kann.
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D.h.
da die Position der Faltenverhinderungswalze so gesteuert wird,
dass der Wicklungswinkel zwischen der Edelstahlfolie und der Faltenverhinderungswalze,
die sich zwischen der Ablenkwalze und der Wickeltrommel befindet,
gleich einem Wick lungswinkel ist, der das Auftreten von Falten,
berechnet auf der Basis der Dicke, der Breite und dergleichen, verhindern
kann, kann das Auftreten von Falten leicht verhindert werden.
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Die
Position der Faltenverhinderungswalze wird vorzugsweise so gesteuert,
dass der Wicklungswinkel größer ist
als der angestrebte Wicklungswinkel und kleiner als der angestrebte
Wicklungswinkel plus 20 Grad. Dadurch wird das Auftreten der hinsichtlich
der Qualität
ungewünschten
Verwindungen auf der Metall-(Stahl-)folie vermieden.
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Die
Position der Faltenverhinderungswalze kann gesteuert werden durch
automatisches Durchführen
von Arbeitsgängen
zur Berechnung des angestrebten Wicklungswinkels auf der Basis der
Dicke und der Breite der Edelstahlfolie, zur Berechnung der angestrebten
Position der Faltenverhinderungswalze, bei der der tatsächliche
Wicklungswinkel größer ist
als der angestrebte Wicklungswinkel, zur Berechnung der Bewegungsgröße der Faltenverhinderungswalze
von einer momentanen Position zur angestrebten Position und Bewegen
der Faltenverhinderungswalze entsprechend der Bewegungsgröße. Das
Auftreten von Falten kann mit Hilfe solcher Vorgehensweisen automatisch
umgangen werden.
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Der
angestrebte Wicklungswinkel kann so berechnet werden, dass er der
folgenden Beziehung σx – σm < σc genügt. In der
Gleichung ist:
σx
die Scherspannung, ausgeübt
von der Walzspannung der Edelstahlfolie auf einen gepressten Abschnitt
der Edelstahlfolie, der von der Faltenverhinderungswalze gepresst
wird,
σm
die Reibungskraft zwischen der Edelstahlfolie und der Faltenverhinderungswalze;
und
σc
eine Verwindespannung, die durch eine Scherspannung in einem plattenförmigen oder
zylindrischen Mantel erzeugt wird
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Der
tatsächliche
Wicklungswinkel kann berechnet werden auf der Basis einer Koordinate
der Position für
den Drehpunkt der Ablenkwalze, einer Koordinate für die Position
des Drehpunktes der Faltenverhinderungswalze und eines Außendurchmessers
der Edelstahlfolie auf der Wickeltrommel.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Wickelvorrichtung
für eine
Edelstahlfolie mit einer Faltenverhinderungswalze zum Pressen der
Edelstahlfolie, die sich zwischen einer Wickeltrommel zum Aufwickeln
der Edelstahlfolie und einer Ablenkwalze befindet, wobei die Vorrichtung
Verstellvorrichtungen zum Bewegen der Faltenverhinderungswalze zu
einer vorbestimmten Position, und Positionskontrollvorrichtungen
zum Antreiben der Verstellvorrichtungen umfasst, so dass ein Wicklungswinkel
zwischen Edelstahlfolie und Faltenverhinderungswalze größer ist
als ein angestrebter Wicklungswinkel ist, der das Auftreten von
Falten verhindert, und Steuern einer Position der Faltenverhinderungswalze.
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D.h.
die Faltenverhinderungswalze zum Anpressen der Edelstahlfolie während des
Durchtritts befindet sich zwischen einer Wickeltrommel zum Aufwickeln
der Edelstahlfolie und einer Ablenkwalze, und die Faltenverhinderungswalze
ist mittels Verstellvorrichtungen beweglich angebracht.
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Dann
wird die Verstellvorrichtung durch die Positionskontrollvorrichtungen
derart gesteuert, dass der tatsächliche
Wicklungswinkel zwischen Edelstahlfolie und Faltenverhinderungswalze
größer ist als
der angestrebte Wicklungswinkel zwischen Edelstahlfolie und Faltenverhinderungswalze,
der das Auftreten von Falten verhindert und der beispielsweise auf
der Basis der Dicke oder der Breite der Edelstahlfolie berechnet
wird, wodurch die Position der Faltenverhinderungswalze gesteuert
wird.
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Wird
folglich der angestrebte Wicklungswinkel gemäß einer aufzuwickelnden Edelstahlfolie
eingestellt, wird die Faltenverhinderungswalze automatisch in eine
Position bewegt, die das Auftreten von Falten gemäß verschiedener
Faktoren der Edelstahlfolie verhindert, wodurch das Auftreten von
Falten leicht vermieden werden kann.
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Wird
die Faltenverhinderungswalze durch die Verstellvorrichtung innerhalb
einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Faltenverhinderungswalze bewegt,
so kann in diesem Fall ein tatsächlicher Wicklungswinkel
zwischen der Edelstahlfolie und der Faltenverhinderungswalze leicht
geändert
werden.
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Umfasst
zudem die Verstellvorrichtung erste Verstellvorrichtungen, die sich
in der Ebene der Pressrichtung der Faltenverhinderungswalze an die Edelstahlfolie
bewegen können,
und zweite Verstellvorrichtungen, die sich in der Ebene in Schnittrichtung
zur Bewegungsbahn der Faltenverhinderungswalze bewegen können, die
von den ersten Verstellvorrichtungen (3c) bewegt wird,
kann die Faltenverhinderungswalze leicht in einer Ebene senkrecht
zu Drehachse der Faltenverhinderungswalze bewegt werden.
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Nachstehend
wird beispielhaft auf die beigefügten
Zeichnungen verwiesen. Es zeigt:
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1 eine
schematische Zustandsansicht, ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung
für eine
Metallfolie.
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2 eine
erläuternde
Ansicht zur Erklärung eines
Berechnungsverfahrens für
einen angestrebten Wicklungswinkel θ*.
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3 eine
erläuternde
Ansicht zur Erklärung eines
Berechnungsverfahrens für
einen angestrebten Wicklungswinkel θ*.
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4 ein Beispiel für einen angestrebten Wicklungswinkel θ*.
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5 eine
erläuternde
Ansicht zur Erklärung eines
Berechnungsverfahrens für
einen tatsächlichen
Wicklungswinkel Θ.
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6,
ein Fließschema,
ein Beispiel für
die Verarbeitungsverfahren in einer Kontrollvorrichtung.
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7 ein
Schaubild eines Ergebnisses für ein
Experiment, das eine Walzdistanz bis zum Auftreten von Falten zeigt,
bei der Durchführung
der Wicklung, während
eine Einstellbedingung für
einen Wicklungswinkel Θ variiert
wird.
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8 eine
erläuternde
Ansicht zur Erklärung des
Auftretens von Falten. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung muss
erläutert
werden.
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1 ist
eine schematische Zustandsansicht, die ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung
für eine
Metallfolie ist, die in einer 20 stufigen, sich hin- und herbewegenden
Sendzimir-Mühle
eingesetzt wird.
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In
der Figur steht S für
ein Stahlblech als Metallfolie, welches beispielsweise ein Edelstahl
der Ferrit-Serie mit 50 μm
Dicke, 1000 mm Breite und 12000 m Rollenlänge ist. Das Stahlblech S wandert während des
Walzens in 1 nach links, und wird dabei
von einer Ablenkwalze 1 geführt und auf einer Spannungstrommel 2 zu
einer Rolle K gewickelt.
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Eine
Faltenverhinderungsvorrichtung 3 zum Pressen des Stahlblechs
S, welche in Längsrichtung des
Edelstahlblechs S beweglich ist, befindet sich zwischen der Ablenkwalze 1 und
der Spannungstrommel 2. Die Faltenverhinderungsvorrichtung 3 umfasst
eine Faltenverhinderungswalze 3a zum Pressen des Stahlblechs
S, einen Kolben 3b, der zum drehbaren Halten derselben
mit einem Haltegestell verbunden ist, einen Zylinder 3c zum
ausfahrbaren bzw. einziehbaren Halten eines Kolbens 3b,
der zum drehbaren Halten derselben mit einem Haltegestell verbunden
ist, in einer Ebene senkrecht zur Spannungstrommel 2 in
Richtung einer geraden Linie (Richtung der Achse X), und ein Vehikel 3d,
an dem der Zylinder 3c befestigt ist und der sich in einer
Ebene senkrecht zur Drehachse der Spannungstrommel 2 in
einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsbahn des Kolbens 3b (Richtung
der Achse Y) bewegen kann. Das Vehikel 3d ist so ausgelegt,
dass es sich in Längsrichtung
des Stahlblechs S bewegen kann. Vorausgesetzt der Winkel, der sich
zwischen der Bewegungsbahn des Kolbens 3b und einer horizontalen
Ebene aufbaut, ist α,
so kann sich die Faltenverhinderungswalze 3a frei in einer
Ebene bewegen, die eine Achse X mit einem Winkel α in Bezug auf
die Horizontalebene und eine Achse Y senkrecht dazu aufweist, und
einer Ebene senkrecht zur Spannungstrommel 2, indem die
Hublänge
des Kolbens 3b und die Position für das Vehikel 3d gesteuert
werden.
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Der
Winkel α zwischen
der Bewegungsbahn des Kolbens 3b und der Horizontalebene
ist wahlfrei und ist vorzugsweise fast ein Winkel, bei dem die Faltenverhinderungswalze 3a das
Stahlblech S vertikal presst.
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Der
Zylinder 3c und das Vehikel 3d werden durch die
Steuervorrichtung 10 der Antriebssteuerung unterworfen.
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Bei
dieser Ausführungsform
entsprechen der Zylinder 3c und das Vehikel 3d der
Verstellvorrichtung, der Zylinder 3c entspricht der ersten
Verstellvorrichtung, das Vehikel 3d entspricht der zweiten Verstellvorrichtung
und die Steuervorrichtung 10 entspricht der Positionskontrollvorrichtung.
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Die
Steuervorrichtung 10 berechnet einen angestrebten Wicklungswinkel θ* als einen
angestrebten Wert des Wicklungswinkels zwischen dem Stahlblech S
und der Faltenverhinderungswalze 3a, beispielsweise bezogen
auf die Dicke und Breite des durchzuleitenden Stahlblechs S, welche
von dem Bedienungspersonal eingegeben werden, und führt eine
Positionssteuerung der Faltenverhinderungswalze 3a durch
die Antriebssteuerung des Zylinders 3c und des Vehikels 3d durch,
so dass der tatsächliche
Wicklungswinkel Θ größer ist
als der angestrebte Wicklungswinkel θ*. Die Steuervorrichtung 10 steuert vorzugsweise
die Position der Walze 3a so, dass der tatsächliche
Wicklungswinkel Θ und
der angestrebte Wicklungswinkel θ*
in folgender Beziehung zueinander stehen: θ* ≤ Θ ≤ θ* + 20 (Grad).
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Dies
beruht darauf, dass es zu qualitätsmindernden
Wölbungen
in der Metallfolie kommen würde,
wenn Θ größer als θ* + 20 Grad
wäre.
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2 und 3 sind
erläuternde
Ansichten zur Erklärung
eines Berechnungsverfahrens für
den angestrebten Wicklungswinkel θ*, und diese zeigen den Zustand,
bei dem das Stahlblech in Kontakt mit der Faltenverhinderungswalze 3a ist.
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Vorausgesetzt
die Breite des Stahlblechs S ist L (mm), die Länge des Stahlblechs S in Kontakt mit
der Faltenverhinderungswalze 3a (Walzenkontaktlänge) ist
a (mm), so wird a durch die folgende Gleichung (1) veranschaulicht. θ ist ein
Wicklungswinkel (Grad), r3 ist ein Radius
(mm) eines Abschnitts des Stahlblechs S in Kontakt mit der Faltenverhinderungswalze 3a (=
Radius des Faltenverhinderungswalze 3a). a = 2πr3·θ/360 (1)
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Die
Verwindespannung σc
(kgf/mm2) durch Scherspannung ist durch
die folgende Gleichung (2) veranschaulicht. σc = Ks·σe (2) Ks = 5,34 + 4 × (a/L)2,wobei
ist: σe
= K·(π2E)/{12(1 – ν2)·a2}·t2 (Gleichung für die Verwindung einer Platte) σe
= K·E·(t/r3)·{3(1 – ν2)}½ × (θ/360)(Gleichung
für die
Verwendung eines zylindrischen Mantels) K = f(Z)
= α × Z + β Z = (1 – ν2)½·L2/(r3·t)
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In
den vorstehend beschriebenen Gleichungen ist Ks ein Scherverwinde-Koeffizient, σe ist eine Verwinde-Grenzspannung
(kgf/mm2), K ist ein axialer Kompressions-Verwinde-Koeffizient,
E ist ein Young-Modul des Stahlblechs S (kgf/mm2), ν ist ein Poisson-Verhältnis des
Stahlblechs S, L ist eine Breite (mm) des Stahlblechs S, t ist eine
Dicke (mm) des Stahlblechs S, und Z ist ein Form-Koeffizient und
die Form ist die eines zylindrischen Mantels für einen Abschnitt des Stahlblechs
S in Kontakt mit der Faltenverhinderungswalze 3a. Zudem
sind α und β Konstanten.
Die Konstanten α und β unterscheiden
sich je nach dem Material und können
durch ein Experiment mehrmals bestimmt werden.
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Die
Gleichung für
die Verwindung der Platte kann für σe verwendet
werden, jedoch kann die Gleichung für die Verwindung des zylindrischen
Mantels zur Verbesserung der Genauigkeit für einen Stahlabschnitt S verwendet
werden, der von der Faltenverhinderungswalze 3a gepresst
wird, da sie genau einen Abschnitt eines Zylinders bildet.
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Die
Scherspannung σx
(kgf), die von der Walzspannung σy
(kgf) ausgeübt
wird, wird durch die folgende Gleichung (3) veranschaulicht. In
der Gleichung ist γ ein
Wert zur Bestimmung der maximalen Scherkraft und γ = 0,5. σx = γ + σy (3)
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Die
Kraft σs
(kgf) des Stahlblechs S, die die Faltenverhinderungswalze 3a presst,
wird durch die folgende Gleichung (4) veranschaulicht: σs = 2·cos{(180 – θ)/2}·σy (4)
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Die
Reibungskraft σm
wird durch die folgende Gleichung (5) veranschaulicht. In der Gleichung ist μ ein Reibungskoeffizient. σm = μ·σs (5)
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Folglich
treten keine Falten auf, wenn das Stahlblech S aufgewickelt wird,
so dass die folgende Beziehung (6) gilt: σx – σm < σc (6)
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Die 4 zeigt ein Beispiel für die Berechnung eines angestrebten
Wicklungswinkels θ*
des Stahlblechs S zur Faltenverhinderungswalze 3a zur Erfüllung der
Beziehung (6), wobei 4(a) ein
Verhältnis
zwischen der Dicke t (mm) und einem angestrebten Wicklungswinkel θ* (Grad)
beim Aufwickeln einer Metallfolie mit 960 mm Breite veranschaulicht. 4(b) veranschaulicht ein Verhältnis zwischen der Breite L
(mm) und dem angestrebten Wicklungswinkel θ* (Grad) beim Aufwickeln einer
Metallfolie mit 0,05 (mm) Dicke.
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Beim
Aufwickeln eines Stahlblechs S, beispielsweise mit 960 mm Breite
und 0,06 mm Dicke, kann folglich der angestrebte Wicklungswinkel θ* beispielsweise
eingestellt werden auf θ*
= 32 Grad, da es ausreichen kann, dass der angestrebte Wicklungswinkel θ* 27 Grad
oder größer ist.
Da man je nach dem Ausmaß der
Positionssteuergenauigkeit, der Steuerungsfrequenz oder dergleichen
der Faltenverhinderungswalze wie vorstehend beschrieben eine gewisse
Abweichung erwarten kann, wird der Wert aus Sicherheitsgründen um
+5 Grad verstellt. Zudem kann eine große Differenz verwendet werden, so
lange es die Leistung der Anlage, wie die Presskraft des Zylinders,
erlaubt.
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht zur Erklärung
eines Nachweisverfahrens eines tatsächlichen Wicklungswinkels Θ zwischen
einem Stahlblech S und einer Faltenverhinderungswalze 3a.
In der Figur veranschaulicht der Punkt A einen Kontaktpunkt zwischen
einem Stahlblech S, das bereits auf eine Spannungstrommel aufgewickelt
ist und einem Stahlblech S, das noch aufgewickelt werden muss, und
B-D veranschaulicht Kontaktpunkte zwischen dem Stahlblech S und
der Faltenverhinderungswalze 3a oder der Ablenkwalze 1.
Zudem veranschaulicht Mi (j, k) eine Bezugsposition,
wie eine Anfangsposition eines Vehikels 3d, M2 (m,
n) veranschaulicht eine Position des Vehikels 3d, und M3 (p, q) veranschaulicht eine Position des
Drehpunktes der Faltenverhinderungswalze 3a. Zudem veranschaulicht
O einen Drehpunkt der Spannungstrommel 2, und T veranschaulicht
einen Drehpunkt der Ablenkwalze 1. Die Punkte O, M1 und T sind feste Punkte, wohingegen M2, M3 Punkte sind,
die sich gemäß der Bewegung
des Zylinders 3c und des Vehikels 3d ändern. Zudem
sind die Punkte A-D solche Punkte, die sich gegebenenfalls je nach der
Positionsänderung
des Rollenradius R, der beim Aufwickeln entsteht, und dem Drehpunkt
M3 der Faltenverhinderungswalze 3a ändern.
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Der
Drehpunkt M3 der Faltenverhinderungswalze 3a bewegt
sich linear in Richtung eines Winkels α relativ zur horizontalen Richtung
durch das Ausfahren bzw. Einfahren des Kolbens 3b und bewegt
sich längs
des Stahlblechs S gemäß der Bewegung
des Vehikels 3d. Folglich bewegt sich der Punkt M2 in einer Richtung senkrecht zur Bahn von
Punkt M3. Vorausgesetzt die Distanz zwischen
dem Punkt M2 und Punkt M1,
nämlich
der Bewegungsgrad des Vehikels 3d, ist L12,
und die Distanz zwischen den Punkten M2 und
M3, nämlich
die Hublänge
von Kolben 3b, ist L23, so wird
ein tatsächlicher
Wicklungswinkel Θ zwischen
Stahlplatte S und der Faltenverhinderungswalze 3a (⨽BM3C
in der Figur) berechnet durch die folgende Gleichung (7): tanΘ = F–F' (7)wobei
ist:
F der Gradient A–B,
und
F' der
Gradient C–D,
die jeweils durch die folgenden Gleichungen (8) und (9) veranschaulicht
werden. F = tan{sin–1((R
+ r3)/(p2 + q2)1/2) + tan–1(q/p)}wobei
ist: tan–1(q/p) < 0 (8) F' = tan(sin–1W
+ tan–1Z) (9),wobei ist: W = (r1 – r3)/{(x – p)2 + (y – q2)}1/2 Z = (y – q)/(x – p),wobei
ist:
R ein Rollenradius von der Spannungstrommel 2,
r3 ein Radius der Faltenverhinderungswalze 3a und
r1 ein Radius der Ablenkwalze 1.
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Der
Rollenradius R der Spannungstrommel 2, die Koordinate (p,
q) für
den Punkt M3 und die Koordinate (m, n) für den Punkt
M2 sind jeweils ausgedrückt durch die folgenden Gleichungen
(10), (11) und (12). R
= t·N
=
{(π·D0)2 – 2·t·LL}1/2 – π·D0 (10) (P, q) = (m – L23 × cosα, n + L23 × sinα) (11) (m, n) = (j – L12 × sinα, k + L12 × cosα) (12)
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In
den Gleichungen steht N für
die Anzahl der gewickelten Windungen, D0 veranschaulicht
einen Hülsenaußendurchmesser
der Spannungstrommel 2, LL veranschaulicht
einen Wicklungslänge,
d.h. eine Länge
des Stahlblechs S, das sich um die Spannungstrommel 2 (Wicklungslänge) wickelt,
und die Wicklungslänge
LL wird beispielsweise berechnet durch die
Wicklungsgeschwindigkeit und die Wicklungsdauer.
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Folglich
können
der Gradient F für
A–B und der
Gradient F' für C–D berechnet
werden durch Substituieren der Gleichungen (10) bis (12) in die
Gleichungen (8) und (9), und der tatsächliche Wicklungswinkel Θ lässt sich
berechnen durch Berechnung von tanΘ aus den Gradienten F, F' und der Gleichung
(7).
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Die 6 zeigt
ein Beispiel für
Verarbeitungsverfahren in der Steuervorrichtung 10.
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Wird
eine Dicke t und eine Breite L eines einzuführenden Stahlblechs S vom Bedienungspersonal eingegeben
(Schritt S1), berechnet die Steuervorrichtung 10 einen
angestrebten Wicklungswinkel θ* auf
der Basis dieser Werte wie vorstehend beschrieben (Schritt S2).
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Dann
wird ein tatsächlicher
Wicklungswinkel Θ berechnet,
beispielsweise auf der Basis der Hublänge des Kolbens 3b und
der momentanen Position des Vehikels 3d, die von einem
nicht gezeigten Sensor zum Erfassen der Hublänge des Kolbens 3b und von
einem nicht gezeigten Sensor zur Erfassung der Bewegungsgröße des Vehikels 3d erfasst
werden, oder auf der Basis der Hublänge des Kolbens 3b und der
momentanen Position des Vehikels 3d, berechnet aus der
Steuerungsmenge in der Vergangenheit, und dem Vehikel 3d,
der Positionskoordinate des Drehpunktes der Faltenverhinderungswalze 3a,
die von diesen erfasst wird, und den vorstehend beschriebenen Gleichungen
(7)–(12),
und zwar auf die bereits vorher beschriebene Weise (Schritt S3).
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Dann
wird eine Positionskoordinate der Faltenverhinderungswalze 3a,
bei der der in Schritt S2 berechnete angestrebte Wicklungswinkel θ* und der in
Schritt S3 berechnete tatsächliche
Wicklungswinkel Θ zueinander
ausgerichtet werden können,
berechnet (Schritt S4). Dies erfolgt durch Berechnen der angestrebten
Hublänge
des Kolbens 3b, beispielsweise von der momentanen Position
des Vehikels 3d, und dem angestrebten Wicklungswinkel θ* auf der
Basis der Gleichungen (7)–(12)
und durch Berechnen aus der so berechneten Hublänge. Wird kein Ergebnis erhalten,
wird die Position des Vehikels 3d versetzt, was als eine
provisorische Position angesehen wird, und die Berechnung wird erneut
durchgeführt.
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Dann
wird die Hublänge
des Kolbens 3b und die Bewegungsgröße des Vehikels 3d zur
Bewegung der Faltenverhinderungswalze 3a in die berechnete Position
berechnet, und es wird ein dementsprechendes Steuersignal erzeugt
und ausgegeben (Schritt S5). Dies ändert die Hublänge des
Kolbens 3b und die Position des Vehikels 3d, so
dass die Position der Faltenverhinderungswalze 3a und der
Wicklungswinkel zwischen Stahlblechs S und Faltenverhinderungswalze 3a verändert werden,
der so eingestellt wird, dass er mit dem angestrebten Wicklungswinkel θ* zur Deckung
gebracht werden kann.
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Dann
werden die Arbeitsgänge
für die
Schritte S3–S6
wiederholt, bis das Aufwickeln des Stahlblechs S ganz beendet ist
(Schritt S6).
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Dann
muss der Arbeitsgang der Ausführungsform
erläutert
werden.
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Wird
das Stahlblech S aufgewickelt, betätigt das Bedienungspersonal
zuerst die Steuervorrichtung 10 und gibt eine Dicke t und
eine Breite L des aufzuwickelnden Stahlblechs S ein.
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Die
Steuervorrichtung 10 berechnet einen angestrebten Wicklungswinkel θ* auf der
Basis der eingegebenen Dicke t und der Breite L und berechnet bei
Beginn des Aufwickelns den momentanen Wicklungswinkel Θ. Dann werden
die Hublänge
des Kolbens 3b und die Position des Vehikels 3d so
eingestellt, dass der momentane Wicklungswinkel Θ mit dem angestrebten Wicklungswinkel θ* zur Deckung gebracht
wird, und die Position der Faltenverhinderungswalze 3a gesteuert
wird.
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Folglich
erfolgt die Steuerung während
des Aufwickelns, so dass der angestrebte Wicklungswinkel θ* und der
momentane Wicklungswinkel Θ miteinander
zur Deckung gebracht werden, und da der angestrebte Wicklungswinkel θ* ein Wert
ist, der als Winkel eingestellt ist, der das Auftreten von Falten
im Stahlblech S verhindert, kann das Auftreten von Falten verlässlich vermieden
werden. Da die Position der Faltenverhinderungswalze 3a zudem
nach und nach während
des Aufwickelns eingestellt wird, kann das Auftreten von Falten
ohne Belastung des Bedienungspersonals leicht vermieden werden,
selbst wenn der Rollendurchmesser vergrößert wird.
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Da
zudem die Position der Faltenverhinderungswalze 3a automatisch
eingestellt werden kann, kann das Bedienungspersonal leicht das
Auftreten von Falten vermeiden, indem bloß die Dicke t und die Breite
L des Stahlblechs S eingegeben wird, und zwar unabhängig davon,
dass das Einheitsgewicht der Rollen klein oder groß ist. Da
die Positionssteuerung für
die Faltenverhinderungswalze 3a entsprechend der Dicke
t und der Breite L automatisch durchgeführt wird, kann diese leicht
mit der Änderung der
Dicke t und der Breite L fertig werden.
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Da
folglich das Auftreten von Falten im Stahlblech S vermieden werden
kann, kann die Produktivitätsminderung
verhindert und der Ausbeuteverlust vermieden werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde zwar die Steuerung
der Position der Faltenverhinderungswalze 3a erläutert, so
dass der momentane Wicklungswinkel Θ mit dem angestrebten Wicklungswinkel θ* zur Deckung
gebracht wird, jedoch kann eine Länge für einen freien Abschnitt in Längsrichtung
des Stahlblechs S, der sich nicht in Kontakt mit der Walze 3a befindet,
und der den angestrebten Wicklungswinkel θ* erreichen kann, beispielsweise
berechnet werden, und die Faltenverhinderungswalze 3a kann
zu einem Abschnitt bewegt werden, der dieses erreichen kann.
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Bei
der vorhergehenden Ausführungsform wird
zwar die Faltenverhinderungswalze 3 automatisch bewegt,
damit der angestrebte Wicklungswinkel θ* mit dem tatsächlichen
Wicklungswinkel Θ zur
Deckung gebracht wird, jedoch kann die Faltenverhinderungswalze 3a ebenfalls
manuell bewegt werden.
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Zudem
wurde in der vorhergehenden Ausführungsform
ein Fall erklärt,
bei dem der Zylinder 3c und das Vehikel 3d als
Verstellvorrichtungen eingesetzt wurden und mit ihnen die Position
der Faltenverhinderungswalze 3a verstellt wurde, jedoch
ist dies nicht nur darauf eingeschränkt, und eine Kugelumlaufspindel
kann beispielsweise kombiniert werden, damit die Faltenverhinderungswalze 3a bewegt
wird, oder alternativ kann ein Zylinder kombiniert werden, oder
ein Vehikel kann kombiniert werden, um die Faltenverhinderungswalze 3a zu
verstellen. Zusammengefasst kann jede Verstellvorrichtung eingesetzt
werden, so lange sie die Faltenverhinderungswalze 3a frei
in der Ebene mit der Achse X und der Achse Y bewegen kann.
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Zudem
wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Fall erklärt, bei
dem der Rollenradius R auf der Basis der Wicklungslänge LL berechnet wird, beispielsweise indem die
Walzengeschwindigkeit und die Walzdauer berechnet werden, jedoch
ist es nicht nur darauf eingeschränkt, und beispielsweise kann
ein Sensor zum Erfassen des Rollenradius R bereitgestellt werden.
Da zudem der Rollenradius R einzig auf der Basis der Walzengeschwindigkeit
und der Walzdauer bestimmt wird, kann die Änderung des Rollenradius R
in Bezug auf die Rolldauer als Karte gespeichert werden, beispielsweise
bezogen auf jede Rollgeschwindigkeit, und der Rollenradius R kann
auf der Basis der Karte erfasst werden.
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Da
man es erkennen kann, dass die Übereinstimmung
zwischen dem Rollenradius R und der Hublänge des Kolbens 3b und
der Position des Vehikels 3d eindeutig bestimmt werden
kann, kann der Rollenradius R zur Hublänge des Kolbens 3b und
der Position des Vehikels 3d in Beziehung gesetzt werden
und auch in diesem Fall als Karte gespeichert werden, und die Hublänge des
Kolbens 3b und die Position des Vehikels 3d können auf
der Basis der Karte erfasst werden.
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Da
der Rollenradius R eindeutig entsprechend der Walzdauer bestimmt
wird, kann die Walzdauer zur Hublänge des Kolbens 3b und
der Position des Vehikels 3d in Beziehung gesetzt werden
und als Karte gespeichert werden, und die Position der Faltenverhinderungswalze 3a kann
durch Steuern der Hublänge
des Kolbens 3b und der Position des Vehikels 3d gemäß der Walzdauer
gesteuert werden.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde zudem ein
Fall erklärt,
bei dem die erfindungsgemäße Wickelvorrichtung
für die
Metallfolie bei einer Walzanlage eingesetzt wurde, jedoch lässt sie
nicht nur bei einer Walzanlage einsetzen, sondern auch in einer
Anlage, bei der eine Metallfolie spiralförmig aufgewickelt wird, wie
beispielsweise in eine Glühanlage
und einer Beizanlage.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde zwar ein Fall
erklärt,
bei dem eine einzelne Faltenverhinderungswalze 3a zwischen
Ablenkwalze 1 und Spannungstrommel 2 eingebaut wurde,
jedoch kann zudem eine Vielzahl von Faltenverhinderungswalzen eingebaut
werden, wobei ein angestrebter Wicklungswinkel θ* für jede Faltenverhinderungswalze
auf die gleiche Weise wie oben eingestellt wird, und die Position
der Faltenverhinderungswalzen kann derart eingestellt werden, dass dieser
Stellwinkel zum tatsächlichen
Wicklungswinkel Θ ausgerichtet
wird.
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Dann
wird die vorstehend beschriebene Ausführungsform speziell anhand
eines Beispiels beschrieben.
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In
diesem Beispiel wird eine Wickelvorrichtung für eine erfindungsgemäße Metallfolie
bei einer 20 stufigen, sich hin- und herbewegenden Sendzimir-Walzmaschine eingesetzt,
und ein Ferrit-Edelstahlblech mit 50 μm Dicke, 960 mm Breite und 12000
m Rollenlänge
wurde während
des Walzens unter den Bedingungen bei einer Walzspannung von 20
kgf/mm2 aufgewickelt.
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Der
angestrebte Wicklungswinkel θ*
unter der Bedingung wird auf 31 Grad oder mehr in der Ansicht von 4(a) eingestellt.
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Eine
Hülse mit
660 mm Außendurchmesser wurde
in die Spannungstrommel 2 eingeführt, und eine Faltenverhinderungswalze 3a mit
75 mm Radius und 1300 mm Walzlänge
wurde verwendet.
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Die 7 zeigt
eine Beziehung zwischen einem Wicklungswinkel θ einer Faltenverhinderungswalze
und einer Walzlänge,
bis Falten auftreten, wenn gewalzt wird und gleichzeitig die Position
der Faltenverhinderungswalze 3a geändert wird. Es wurde bestätigt, dass
genau dann Falten auftreten, wenn sich der Wicklungswinkel θ 30 Grad
annähert,
und zwar, wenn der Wicklungswinkel θ zwischen etwa 30 und 35 Grad
variiert wurde, wie gezeigt in den Bedingungen 2 und 3, wohingegen
bis zu 12000 m Länge ohne
Auftreten von Falten aufgewickelt werden können, wenn beim Aufwickeln
der Wicklungswinkel der Faltenverhinderungswalze 3a bei
32 bis 38 Grad gehalten wird, wie gezeigt in der Bedingung 1, und
es kann bestätigt
werden, dass man sogar eine Rolle mit einem großen Einheitsgewicht stabil
herstellen kann.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
vorstehend beschrieben kann gemäß des erfindungsgemäßen Wickelverfahrens
und der Wickelvorrichtung für
eine Metallfolie das Auftreten von Falten leicht umgangen werden,
indem bloß der angestrebte
Wicklungswinkel je nach der aufzuwickelnden Folie unabhängig von
der Änderung
des Rollendurchmessers oder der Änderung
der Dicke und der Breite der Metallfolie eingestellt wird, da die Position
der Faltenverhinderungswalze derart gesteuert wird, dass der tatsächliche
Wicklungswinkel zwischen der Metallfolie und der Faltenverhinderungswalze,
der das Auftreten von Falten verhindern kann, größer ist als der angestrebte
Wicklungswinkel.