EP0683704B1 - Aufwickelhaspel für bänder, mit einem insbesondere ein übersetzungsgetriebe aufweisenden elektromotorischen antrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufwickelhaspel für Bänder mit einem elektromotorischen Antrieb (A1, A2). Um Bänder (B) in möglichst kurzer Wickelzeit bei konstantem Bandzug unter geringem anlagetechnischem Aufwand aufwickeln zu können, ist vorgesehen, den Aufwickelvorgang in zwei Phasen zu unterteilen. In der Anfangsphase erfolgt das Aufwickeln bei konstantem Bandzug mit konstanter Drehzahl (n) der Haspeltrommel (HT2), während in der zweiten Phase das Aufwickeln bei konstantem Bandzug mit konstanter Bandgeschwindigkeit (V) erfolgt. Je nach Zeitpunkt der Umschaltung von konstanter Drehzahl (n) auf konstante Bandgeschwindigkeit (V) läßt sich das Antriebsmoment des Antriebsmotors unter Inkaufnahme einer vernachlässigbaren Verlängerung der Wickelzeit verkleinern.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Aufwickelhaspel für Bänder mit einem insbesondere ein Übersetzungsgetriebe aufweisenden elektromotorischen Antrieb, der durch eine Steuer- und Regeleinrichtung auf verschiedene Wickelgeschwindigkeiten schaltbar ist, wobei das Aufwickeln in der Anfangsphase mit bis zu einer vorgegebenen maximalen Bandgeschwindigkeit zunehmender Bandgeschwindigkeit und danach mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit erfolgt.
• Das Aufwickeln von Bändern, die z.B. aus Walzwerken kommen, auf Aufwickelhaspeln erfolgt in Abhängigkeit von der Dicke der Bänder mit unterschiedlichen Bandzügen (Zugkräften) und unterschiedlicher Geschwindigkeit. Während dicke Bänder mit großen Bandzügen und kleinen Geschwindigkeiten aufgewickelt werden, werden dünne Bänder mit kleinen Bandzügen und großen Geschwindigkeiten aufgewickelt. Unter diesen Wickelbedingungen lassen sich sowohl dicke Bänder als auch dünne Bänder zu ausreichend festen Coils in angemessenen Wickelzeiten wickeln. Die verschiedenen Geschwindigkeiten und Bandzüge für die dicken und dünnen Bänder lassen sich bei gleicher Antriebsleistung durch Umschalten des Übersetzungsgetriebes auf verschiedene Übersetzungsverhältnisse erreichen.
• Um die Leistungsfähigkeit des elektromotorischen Antriebes weitgehend auszunutzen, könnte der elektromotorische Antrieb von Aufwickelhaspeln für Reversierwalzwerke für Bänder, bei denen das Band in mehreren Walzdurchgängen immer dünner wird, mit einem auf eine oder mehrere Übersetzungsstufen umschaltbaren Übersetzungsgetriebe ausgerüstet sein, das nach jedem oder mehreren Walzdurchgängen auf eine höhere Übersetzung umgeschaltet werden kann. Das hätte jedoch neben dem erforderlichen Zeitaufwand den Nachteil, daß für die Umschaltung das Getriebe vom Bandzug entlastet werden müßte. Diese Entlastung würde leicht zum Aufspulen des Coils führen. Deshalb ist es in der Praxis üblich, für solche Anwendungsfälle Getriebe mit nur einer Übersetzung einzusetzen.
• Um eine Aufwickelhaspel der eingangs genannten Art für verschieden dicke Bänder einsetzen zu können, muß deshalb der elektromotorische Antrieb einerseits für den maximalen Bandzug und andererseits für die maximale Drehzahl ausgelegt sein. Das hat zur Folge, daß für viele Anwendungsfälle der zur Verfügung stehende elektromotorische Antrieb überdimensioniert ist.
• Um dabei zu möglichst kurzen Wickelzeiten zu kommen, wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes so klein gewählt, daß schon bei kleinstem Wickeldurchmesser die maximale Wickelgeschwindigkeit erreicht wird. Während bei einem elektromotorischen Antrieb mit Schaltgetriebe die Erhöhung des Momentes an der Wickeltrommel durch Umschaltung des Getriebes auf eine geringere Übersetzung erfolgt, muß bei einem Aufwickelhaspel ohne umschaltbares Getriebe das große Moment durch den Antriebsmotor zur Verfügung gestellt werden. Das bedeutet, daß der Motor und seine Speisung entsprechend groß ausgelegt sein müssen. Die damit bei einem großen Reversierwalzwerk verbundenen Mehrkosten können 2 bis 3 Millionen DM betragen.
• Bei einer bekannten Aufwickelhaspel der eingangs genannten Art (JP-A-63 140 724) erfolgt das Aufwickeln in zwei Phasen mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Der Stand der Technik enthält aber auch keine Angaben darüber, nach welchen Kriterien die Geschwindigkeit in der Anfangsphase erhöht wird, und nach welchen Kriterien der Bandzug eingestellt werden soll. Sobald die vorgegebene maximale Bandgeschwindigkeit erreicht ist, erfolgt eine Umstellung der Steuerung und Regelung von der Bandzugspannung auf die Drehzahl der Antriebsmotore. Dabei erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von dem zu erreichenden maximalen Durchmesser des aufgewickelten Coils und dem aktuellen Wickeldurchmesser. Der bei dieser Art des Aufwickelns erforderliche apparative Aufwand ist groß.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufwickelhaspel der eingangs genannten Art insbesondere für Reversierwalzanlagen zu schaffen, die mit geringem anlagetechnischem Aufwand kurze Wickelzeiten ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird bei einer Aufwickelhaspel für Bänder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Aufwickeln in der Anfangsphase als auch danach mit konstantem Bandzug erfolgt, wobei in der Anfangsphase die Haspeldrehzahl und danach die erreichte maximale Bandgeschwindigkeit konstant gehalten werden.
• Die unterschiedliche Betriebsweise des Aufwickelhaspels in der Anfangsphase und danach ermöglichen es, auf Kosten einer nur äußerst geringfügig längeren Wickelzeit einen elektromotorischen Antrieb einzusetzen, der bei Direktantrieb nicht mit der von dem Walzwerk her maximal möglichen Drehzahl betrieben wird oder der bei Einsatz eines Übersetzungsgetriebes mit einer größeren Getriebeübersetzung betrieben werden kann. Bei einem elektromotorischen Antrieb mit Übersetzungsgetriebe verringert sich das erforderliche Moment des Motors entsprechend. In jedem Fall bedeutet es erheblich geringere Kosten für den elektromotorischen Antrieb.
• Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird das Aufwickeln mit konstanter Haspeldrehzahl bis zu einem Coildurchmesser ${\text{D}}_{\text{V}}{\text{=1,2 D}}_{\text{I}}{\text{- 2,0 D}}_{\text{I}}$

  

  mit D_I als Coildurchmesser am Anfang des Aufwickelns durchgeführt.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1

eine Reversierwalzanlage für Bänder mit zwei Aufwickelhaspeln in schematischer Darstellung,

Fig. 2

ein Diagramm für die relative Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der aufzuwickelnden relativen Bandlänge und der relativen Aufwickelzeit und

Fig. 3

ein Diagramm für das Antriebsmomentenverhältnis und den Zeitanstieg in Abhängigkeit vom relativen Coildurchmesser.

• Bei einem Reversierwalzwerk W sind zwei gleichartige Aufwickelhaspel mit einer Haspeltrommel HT₁, HT₂ und einem elektromotorischen Antrieb A₁, A₂ vorgesehen. In mehreren Walzdurchgängen wird das zu walzende Band B von der Haspeltrommel HT₁ ab- und auf die Haspeltrommel HT₂ aufgewickelt und umgekehrt. Während eines jeden Wickelvorgangs wird die Kraft des Bandzuges konstant gehalten, während in Abhängigkeit vom Durchmesser des Coils C₁, C₂, und zwar beim Durchmesser D_V, der größer als der kleinste Innendurchmesser D_I (= Durchmesser der Haspeltrommel HT₂) und kleiner als der Außendurchmesser D_A des fertigen Coils ist, von zunächst konstanter Drehzahl n der Haspeltrommel HT₁, HT₂ auf konstante Wickelgeschwindigkeit V des Bandes B umgeschaltet wird. Dafür ist eine Steuer- und Regeleinrichtung ST vorgesehen, die als Betriebsparameter die Drehzahl n der aufwickelnden Haspeltrommel HT₂, den Durchmesser D des Coils C₂ und die Geschwindigkeit V des Bandes B und den Bandzug F erhält.
• Wie bereits ausgeführt, ist bei der Erfindung vorgesehen, das Aufwickeln so zu steuern, daß bei kleinem Coildurchmesser D < D_v zunächst mit konstanter Drehzahl n der Haspeltrommel HT₂ gewickelt wird. Mit ansteigendem Coildurchmesser D steigt die Bandgeschwindigkeit V an. Die Bandgeschwindigkeit beträgt dann ${\text{V = V}}_{\text{max}}{\text{. D/D}}_{\text{V}}$

  

  . Bei einem Coildurchmesser D_V wird die maximale Anlagengeschwindigkeit V_max erreicht, die durch das Walzwerk W bestimmt ist. Für Coildurchmesser D > D_V wird die Aufwickelhaspel HT₂ mit konstanter Bandgeschwindigkeit und damit auch mit veränderlicher Drehzahl n betrieben. Die Drehzahl beträgt dann $${\text{n = n}}_{\text{max}}{\text{. D}}_{\text{V}}\text{/D.}$$

  
• In welcher Weise die Geschwindigkeit V mit der Wickelzeit und damit auch mit der gewickelten Bandlänge für verschiedene Durchmesserverhältnisse D_I/D_V der Haspeltrommel HT₂ und des Coils C₂ ansteigt, zeigt das Diagramm der Fig.2. Dem Diagramm läßt sich entnehmen, daß nur über eine kurze Wickelzeit bzw. eine kurze Bandlänge nicht mit maximaler Anlagengeschwindigkeit V_max gewickelt wird. Der durch diese Betriebsweise mit konstanter Wickeldrehzahl n bedingte Zeitverlust gegenüber einem Aufwickeln mit maximaler Wickelgeschwindigkeit von Anfang an ist deshalb gering.
• Im Diagramm der Fig.3 ist dieser Zeitverlust für verschiedene Durchmesserverhältnisse D_V/D_I aufgetragen.
• In diesem Diagramm ist ferner in Abhängigkeit von dem Durchmesserverhältnis D_V / D_I das Antriebsmoment-Verhältnis aufgetragen. Da die maximale Bandgeschwindigkeit V_max erst beim Wickeldurchmesser D_V erreicht wird, der größer als der kleinste Durchmesser D_I ist, kann der elektromotorische Antrieb A₁, A₂ mit einer größeren Getriebeübersetzung ausgerüstet werden. Das bedeutet, daß ein Antriebsmotor mit einem entsprechend geringeren Moment eingesetzt werden kann. Z.B. ist bei einem Verhältnis ${\text{D}}_{\text{V}}{\text{/D}}_{\text{I}}\text{= 1,4}$

  

  eine Verringerung des Antriebsmomentes des Motors auf 70% möglich. Der dabei eintretende Zeitverlust beträgt nur 1,3%. Berücksichtigt man aber, daß in der Praxis die ersten Windungen beim Anwickeln in keinem Fall mit maximaler Drehzahl bzw. maximaler Geschwindigkeit gewickelt werden können, ist der auf die Verringerung des Antriebsmomentes zurückzuführende Zeitverlust noch geringer. Der Zeitverlust kann allerdings auch dadurch kompensiert werden, daß man eine größere Bandgeschwindigkeit für die zweite Phase des Aufwickelvorganges wählt.
• Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel mit Übersetzungsgetriebe beschränkt. Sie läßt sich auch bei Schaltgetrieben einsetzen. Entsprechend der gewählten Getriebeübersetzung ist eine Verringerung des Momentes des Antriebsmotors möglich.
• Bei Aufwickelhaspeln mit Direktantrieb, d.h. ohne Übersetzungsgetriebe, ermöglicht die Erfindung eine Reduzierung der Maximaldrehzahl des Antriebsmotors.

Claims (2)

1. Aufwickelhaspel für Bänder (B), mit einem insbesondere für ein Übersetzungsgetriebe aufweisenden elektromotorischen Antrieb (A₁,A₂), der durch eine Steuer- und Regeleinrichtung (FT) auf verschiedene Wickelgeschwindigkeiten (V) schaltbar ist, wobei das Aufwickeln in der Anfangsphase mit bis zum Erreichen einer vorgegebenen maximalen Bandgeschwindigkeit (V_max) zunehmender Bandgeschwindigkeit und danach mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit erfolgt,
   dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwickeln sowohl in der Anfangsphase als auch danach mit konstantem Bandzug erfolgt, wobei in der Anfangsphase die Haspeldrehzahl (n) und danach die erreichte maximale Bandgeschwindigkeit (V_max) konstant gehalten werden.
2. Aufwickelhaspel nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwickeln mit konstanter Haspeldrehzahl (n) bis zu einem Coildurchmesser ${\text{D}}_{\text{V}}{\text{= 1,2 D}}_{\text{I}}{\text{- 2,0 D}}_{\text{I}}$

   

   mit D_I als Coildurchmesser am Anfang des Aufwickelns erfolgt.

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