EP1748011B1

EP1748011B1 - Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn und Wickelvorrichtung

Info

Publication number: EP1748011B1
Application number: EP06114364A
Authority: EP
Inventors: Andreas Koronai
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: ATE546398T1; EP1748011A2; DE102005035619A1; EP1748011A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Materialbahnrolle, bei dem die Materialbahnrolle gedreht wird und Schwingungen erfaßt werden, wobei die Drehzahl der Materialbahnrolle vermindert wird, wenn eine Schwingung eine vorbestimmte Stärke übersteigt. Ferner betrifft die Erfindung eine Wickelvorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Materialbahnrolle mit einem Rollenantrieb, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, und einer Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung bei einem Signal der Sensoranordnung, das eine kritischen Schwingung anzeigt, die Drehzahl der Materialbahnrolle herabsetzt
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus WO 02/094696 A1 bekannt.
Eine derartige Vorrichtung ist auch bereits aus der JP 63 267 650 A vorbekannt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber bei anderen Materialbahnen gleichfalls anwendbar.
Papierbahnen werden quasi endlos hergestellt. Um später für eine Verbraucher handhabbar zu bleiben, werden sie in einem der letzten Herstellungsschritte auf die notwendige Breite geschnitten und kurz danach aufgewikkelt. Hierzu wird ein Rollenkern beziehungsweise eine sich auf dem Rollenkern bildende Materialbahnrolle gedreht. Der Rollenkern zieht dabei die Materialbahn auf sich. Damit verbunden ist ein Zuwachs des Durchmessers. Die Geschwindigkeiten, mit denen eine Papierbahn auf eine Rolle aufgewickelt wird, liegen durchaus im Bereich von weit über 2000 m/min.
Es hat sich nun gezeigt, daß beim Wickeln Schwingungen entstehen können. Diese Schwingungen können unterschiedliche Ursachen haben. Auch wenn dies noch nicht restlos geklärt ist, nimmt man an, daß zumindest einige der Schwingungen durch die zulaufende Materialbahn induziert sind. Beispielsweise können Schwankungen in der Dicke der Materialbahn zu einer unrunden Materialbahnrolle führen. Derartige Schwingungen können sich in einem Resonanzbereich verstärken, und zwar so weit, daß die Materialbahnrolle aus der Wickelvorrichtung herausspringt. Eine derartige Situation muß zuverlässig vermieden werden können, weil eine Wickelrolle mit einer Masse von mehreren 100 kg und einer hohen Drehzahl, die aus der Wickelvorrichtung herausspringt, erhebliche Schäden anrichten kann.
Man hat daher in der oben genannten WO 02/094696 A1 vorgeschlagen, bei Auftreten einer kritischen Schwingung die Drehzahl der Materialbahnrolle durch Reduzierung der Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn auf ein niedrigeres konstantes Niveau herabzusetzen. Damit wird das schwingungsfähige System in der Wickelvorrichtung geändert. Beispielsweise wird die Anregungsfrequenz vermindert. Allerdings hat diese Vorgehensweise den Nachteil, daß sich die Zeit, die zum Aufwickeln einer vorbestimmten Länge der Materialbahn notwendig ist, verlängert, da die Zulaufgeschwindigkeit auf ein niedrigeres konstantes Niveau gesetzt wird. Dies vermindert die Produktivität der Wickelvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohe Produktivität beim Wickeln zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß nach dem Vermindern der Drehzahl die Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn erhöht wird, wobei man die Materialbahnrolle zu Beginn eines Wickelvorgangs mit einer maximalen Beschleunigung antreibt und beim Auftreten einer kritischen Schwingung die Drehfrequenz der Materialbahnrolle um ein vorbestimmtes Inkrement vermindert.
Man nutzt also die Vorteile der Drehzahlverminderung, die darin bestehen, daß sich die Schwingungsneigung ebenfalls vermindert. Damit wird ein Auswerfen der Rolle aus der Wickelvorrichtung zuverlässig vermieden. Gleichzeitig vermeidet man aber zumindest teilweise die Nachteile, die mit der verminderten Drehzahl einhergehen. Man erhöht nämlich nach und nach die Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn, so daß man trotz einer anfänglichen oder wiederholten Drehzahlverminderung eine relativ hohe Wickelgeschwindigkeit erzielen kann. Die Gesamtzeit, die man zum Wickeln einer Materialbahnrolle benötigt, wird dabei zwar etwas länger, als wenn man die Drehzahl überhaupt nicht vermindern würde. Sie ist aber deutlich geringer als in einer Situation, bei der man die Materialbahn nur mit einer konstant verminderten Geschwindigkeit der Materialbahnrolle zuführt.
Dabei treibt man die Materialbahnrolle zu Beginn eines Wickelvorgangs mit einer maximalen Beschleunigung an. Neben den Schwingungen, die möglicherweise durch die Materialbahn induziert sind, gibt es in jeder Wickelvorrichtung kritische Schwingungsbereiche, die den Eigenschwingungen der Vorrichtung entsprechen. Trifft die Drehzahl der Wickelrolle mit der kritischen Eigenschwingung der Wickelvorrichtung zusammen, kann dies zu Schwingungsamplituden führen. Je langsamer sich eine Drehzahländerung der Wickelrolle in einem solchen Drehzahlbereich vollzieht, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer hohen Schwingungsamplitude. Die Eigenschwingungen einer Wickelvorrichtung kann man im voraus ermitteln. Ein Antrieb für die Wickelrolle muß in der Regel so ausgelegt sein, daß er beispielsweise nach einem Bahnabriß auch eine relativ große Materialbahnrolle in einer vorbestimmten Zeit wieder auf die gewünschte Wickelgeschwindigkeit beschleunigen kann. Dementsprechend ist der Materialbahnantrieb für die Beschleunigung des Rollenkerns und einer sich darauf bildenden Wickelrolle im Prinzip überdimensioniert. Man kann nun diese Leistungsreserve ausnutzen, um die Wickelrolle zu Beginn des Wickelvorgangs sehr schnell durch die kritischen Schwingungsbereiche hindurchzufahren. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen wird die Wickelzeit weiter verkürzt. Zum anderen ist die Gefahr, daß sich in den Resonanzbereichen Schwingungen ausbilden und hochschaukeln können, relativ gering.
Ferner vermindert man beim Auftreten einer kritischen Schwingung die Drehfrequenz der Materialbahnrolle um ein vorbestimmtes Inkrement. Dies vereinfacht die Steuerung. Das stufenweise Herabsetzen der Drehfrequenz erlaubt eine gute Kontrolle darüber, nach wieviel Stufen die Schwingungsneigung so weit vermindert worden ist, daß keine kritischen Situationen mehr entstehen.
Bevorzugterweise wird nach dem Vermindern der Drehzahl die Drehzahl der Materialbahnrolle konstant gehalten.
Man vermindert also die Drehzahl so weit, daß keine kritische Schwingungsneigung mehr besteht, und hält die Drehzahl der Wickelrolle auf dem nunmehr sicheren niedrigen Niveau konstant. Aufgrund des zunehmenden Durchmessers der Materialbahnrolle durch das Wachstum der Materialbahnrolle wird dann automatisch die Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn erhöht. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, die Zulaufgeschwindigkeit zu steigern. Man benötigt also keine aufwendigen Steueralgorithmen, mit denen man sich an eine zulässige Drehzahl sozusagen herantastet. Wenn die Drehzahl der Materialbahnrolle konstant gehalten wird, besteht praktisch keine Gefahr, daß sich wieder kritische Schwingungszustände ergeben.
Auch ist von Vorteil, wenn man die Materialbahnrolle nach Erreichen der Höchstdrehzahl unabhängig vom tatsächlichen Auftreten einer Schwingung kurzzeitig abbremst. Ist der Beschleunigungsvorgang durch Ausnutzung von Rampen maximaler Beschleunigung so weit optimiert, daß kritische Schwingungsbereiche der Wickelvorrichtung in kürzest möglicher Zeit durchfahren werden, kann es im weiteren Verlauf des Wickelvorgangs mit dann konstanter Zulaufgeschwindigkeit wiederum zu einem Zusammentreffen zwischen kritischem Schwingungsbereich der Wickelvorrichtung und der Drehzahl der Wickelrolle kommen. Durch stetigen Durchmesserzuwachs der Wickelrolle reduziert sich langsam die Drehzahl der Wickelrolle. Das hat zur Folge, daß sich die Wickeldrehzahl langsam "von oben" einem kritischen Schwingungsbereich der Wikkelvorrichtung annähert, welcher zuvor während des Beschleunigungsvorgangs "von unten" schnell durchfahren wurde. Daher ist es angebracht, auch während des weiteren Wickelvorgangs solche kritischen Schwingungsbereiche schnell zu durchfahren. Dies kann beim Wickeln mit bereits maximaler Zulaufgeschwindigkeit nur durch Verringern der Geschwindigkeit erfolgen. Dadurch wird die Drehzahl der Wickelrolle reduziert und im weiteren Verlauf auf geringerem Niveau konstant gehalten. Wie vorher beschrieben, erhöht sich danach die Zulaufgeschwindigkeit wieder stetig bis zum Maximalwert. Damit können vorbeugend kritische Situationen weitgehend vermieden werden, da die Gefahr des Aufschaukelns von Schwingungen beim Annähern an kritische Schwingungsbereiche der Wickelvorrichtung reduziert wird.
Vorzugsweise liegt das Inkrement im Bereich von 1 bis 3 Hz. Obwohl dieses Inkrement relativ klein ist, kann man damit doch erreichen, daß die Wickelvorrichtung einen kritischen Schwingungszustand wieder verläßt.
Die Aufgabe wird bei einer Wickelvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung nach dem Herabsetzen der Drehzahl der Materialbahnrolle die Geschwindigkeit der Materialbahn steigert, wobei die Steuereinrichtung den Rollenantrieb zu Beginn eines Wickelvorgangs mit maximaler Beschleunigung steuert und die Steuereinrichtung einen Inkrementgeber aufweist, der die Drehzahl des Rollenantriebes bei Auftreten einer kritischen Schwingung jeweils um ein festes Inkrement vermindert. Damit werden kritische Zustände weitgehend vermieden. Die Drehzahl der Materialbahnrolle ist nicht mehr kritisch. Gleichwohl kann die Geschwindigkeit der zugeführten Materialbahn gesteigert werden, um ein möglichst schnelles Fertigstellen der Materialbahnrolle zu erreichen.
Dadurch daß die Steuereinrichtung den Rollenantrieb zu Beginn eines Wickelvorgangs mit maximaler Beschleunigung steuert lassen sich kritische Frequenzbereiche, die durch Eigenschwingungen der Wickelvorrichtung bedingt sind, schnell durchfahren. Zu Beginn des Wickelvorgangs ist die Masse der Wickelrolle noch gering. In diesem Verfahrensstadium hat der Antrieb für eine stärkere Beschleunigung noch genügend Reserve.
Die Steuereinrichtung weist einen Inkrementgeber auf, der die Drehzahl des Rollenantriebs bei Auftreten einer kritischen Schwingung jeweils um ein festes Inkrement vermindert. Die Steuereinrichtung muß also, wie oben gesagt, keine komplizierten Drehzahlkurven nachfahren können. Sie wird mit festen Stufen angesteuert, so daß sie trotz eines vergleichsweise einfachen Steueralgorithmus als intelligente Steuerung aufgebaut sein kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Steuereinrichtung nach dem Herabsetzen der Drehzahl den Rollenantrieb mit konstanter Drehzahl betreibt. Die Steuereinrichtung kann also relativ einfach aufgebaut sein. Sie muß keine komplizierten Drehzahlkurven nachfahren. Es reicht vielmehr aus, eine konstante Drehzahl der Materialbahnrolle zu erzeugen. Dies ist für eine handelsübliche Steuereinrichtung relativ einfach.
Bevorzugterweise weist die Steuereinrichtung eine Drehzahlerfassungseinrichtung und einen Speicher auf, in dem ein kritischer Drehzahlbereich abgelegt ist, wobei die Steuereinrichtung spätestens bei Erreichen einer Grenze des Drehzahlbereichs von außen den Rollenantrieb mit maximaler Beschleunigung oder Verzögerung steuert.
Ein kritischer Drehzahlbereich oder mehrere kritische Drehzahlbereiche sind bei einer Wickelvorrichtung in der Regel durch Eigenfrequenzen vorgegeben. Bei Eigenfrequenzen reichen vielfach bereits kleine Anregungen aus, um das System aus Wickelvorrichtung und Wickelrolle in Schwingungen zu versetzen. Wenn die Steuereinrichtung feststellt, daß man sich einem derartigen Drehzahlbereich annähert, dann kann sie die Wickelrolle maximal beschleunigen oder entsprechend verzögern, um den Drehzahlbereich von unten nach oben (bei Beschleunigung) oder von oben nach unten (beim Verzögern) in möglichst kurzer Zeit zu durchfahren. Je kürzer die Zeit ist, in der sich die Wickelvorrichtung in einem kritischen Zustand befindet, desto geringer ist die Gefahr des Aufschwingens.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Rollenwickeleinrichtung,
Fig. 2: einen herkömmlichen Wickelverlauf ohne Störungen,
Fig. 3: einen herkömmlichen Wickelverlauf mit Störungen,
Fig. 4: einen herkömmlichen Wickelverlauf mit Störungen und Vermeidung von Resonanzschwingungen,
Fig. 5: einen erfindungsgemäßen Wickelverlauf mit Störungen,
Fig. 6: einen erfindungsgemäßen Wickelverlauf bei Vermeidung eines Resonanzbereichs,
Fig. 7: eine Darstellung zur Erläuterung eines Wikkelverlaufs mit höherer Beschleunigung,
Fig. 8: eine Darstellung nach Fig. 7 mit Störungen und Vermeidung von Resonanzschwingungen,
Fig. 9: eine Ansicht entsprechend Fig. 7 mit einer stärkeren Beschleunigung und
Fig.10: ein Verlauf nach Fig. 9 mit Störungen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Wickelvorrichtung 1 zum Aufwickeln einer Materialbahn 2 zu einer Wickelrolle 3. Die Wickelrolle 3 ruht dabei in einem Wickelbett 4, das durch eine erste Tragwalze 5 und eine zweite Tragwalze 6 gebildet ist. Die erste Tragwalze 5 weist einen ersten Antrieb 7 und die zweite Tragwalze 6 weist einen zweiten Antrieb 8 auf. Die beiden Antriebe 7, 8 sind von einer Steuereinrichtung 9 gesteuert.
Die Steuereinrichtung ist mit einer Sensoranordnung verbunden, die im vorliegenden Fall aus einem ersten Schwingungssensor 10 an der ersten Tragwalze 5, einem zweiten Schwingungssensor 11 an der zweiten Tragwalze 6 und einem dritten Schwingungssensor 12 an der Wickelrolle 3 besteht. Der dritte Schwingungssensor 12 ist beispielsweise an einen Spannkopf zum Halten der Wikkelhülse 13 gekoppelt, auf die die Materialbahn 2 zur Bildung der Wickelrolle 3 aufgewickelt wird.
Die Sensoranordnung mit den Schwingungssensoren 10-12 ist hier nur beispielsweise zu verstehen. In vielen Vorrichtungen gibt es auch noch eine sogenannte Reiter- oder Belastungswalze, die die Wickelrolle 3 in das Wikkelbett 4 hineindrückt. Auch dort kann ein Schwingungssensor angeordnet sein. Man kann unter Umständen auch auf einen oder zwei Schwingungssensoren verzichten, wenn es beispielsweise ausreicht, die Schwingung nur an der Wickelrolle 3 zu ermitteln.
Anhand der Fig. 2 bis 10 sollen nun typische Situationen erläutert werden, die sich beim Wickeln einer Wikkelrolle ergeben. Die Fig. 2 bis 10 zeigen in übereinstimmender Weise jeweils den Verlauf der Drehzahl n der Wickelrolle, die Zunahme des Durchmessers D, die Beschleunigung a, mit der die Wickelrolle 3 beschleunigt wird, und die Geschwindigkeit v, mit der die Materialbahn 2 zugeführt wird, über der Zeit t. Ferner ist ein Frequenzbereich F eingezeichnet, der kritische Eigenfrequenzen der Wickelvorrichtung 1 umfasst.
In allen Fällen wird das Wickeln einer Materialbahn 2 aus Papier nachgebildet, das ein Flächengewicht von 80 g/m² und eine Dichte von 0,7 kg/dm³ hat. Der Außendurchmesser der Wickelhülse 13 beträgt 177 mm und der Durchmesser der fertigen Wickelrolle 3 beträgt 1300 mm.
Fig. 2 zeigt einen idealen Verlauf eines Wickelvorgangs, bei dem die Geschwindigkeit v etwa die Form eines Trapez hat. Die Wickelrolle 3 wird mit einer Beschleunigung von 40 m/min/s auf 2500 m/min beschleunigt. Der kritische Frequenzbereich F wird nicht beachtet. Am Ende des Wickelvorgangs wird die Wickelrolle 3 wieder mit der gleichen Beschleunigung, diesmal negativ, abgebremst, so dass sich eine Gesamtwickelzeit T = 340 s ergibt.
In Fig. 3 ist ein ähnlicher Wickelverlauf dargestellt, wie er bislang realisiert wurde. An drei Zeitpunkten t1, t2, t3 haben sich kritische Schwingungen ergeben.
Zu jedem Zeitpunkt wurde daher die Wickelrolle 3 mit der maximal möglichen Verzögerung von -40 m/min/s abgebremst. Die Geschwindigkeit reduziert sich entsprechend. Nach jedem Abbremsen wird die Materialbahn 2 mit konstanter, aber verringerter Geschwindigkeit zugeführt.
Mit dieser bislang praktizierten Fahrweise einer einfachen Geschwindigkeitsreduzierung ergibt sich eine Gesamtwickelzeit T = 374 s, also 34 Sekunden mehr als im Idealfall.
Fig. 4 zeigt eine Vorgehensweise entsprechend Fig. 3. Allerdings wird hier zusätzlich die Zuführgeschwindigkeit der Papierbahn so gesteuert, daß die Beschleunigungsphase unterbrochen wird, kurz bevor ein kritischer Schwingungsbereich der Wickelvorrichtung erreicht wird.
Dabei sinkt die Drehzahl n ab und die Geschwindigkeit bleibt ohne Beschleunigung etwa konstant. Diese Fahrweise wird in der Regel experimentell ermittelt und die Geschwindigkeit so lange konstant gehalten, daß die Wickeldrehzahl beim anschließenden Beschleunigen nicht mehr den kritischen Schwingungsbereich der Wickelvorrichtung erreichen kann. Dementsprechend verlängert sich die Wickelzeit auf T = 380 s.
Fig. 5 zeigt nun die erfindungsgemäße Vorgehensweise. Die Steuereinrichtung 9 löst die Schwingungsproblematik "intelligent" auf. Bei der Vorgehensweise nach Fig. 5 wird die Reaktion auf den Wickelverlauf gemäß Fig. 3 dargestellt.
Zu dem Zeitpunkten t1, t2, t3 treten wiederum kritische Schwingungen auf, so daß die Wickelrolle mit der maximal möglichen Verzögerung von -40 m/min/s verzögert wird. Danach wird die Drehzahl n allerdings konstant gehalten bis zum nächsten kritischen Zeitpunkt t2, t3. Durch den zunehmenden Durchmesser der Wickelrolle 3 steigt die Geschwindigkeit v wieder auf den maximalen Wert von 2500 m/min. Nach jedem Herabsetzen der Drehzahl wird die Materialbahn 2 also wieder beschleunigt. Dadurch verkürzt sich die Wickelzeit auf T = 346 s. Der Zeitgewinn gegenüber der Vorgehensweise nach Fig. 3 beträgt 28 s.
Fig. 6 zeit eine Vorgehensweise, die gegenüber dem Wikkelverlauf nach Fig. 5 modifiziert ist, um den kritischen Frequenzbereich F zu vermeiden. Fig. 6 stellt also die Reaktion auf den Wickelverlauf gemäß Fig. 4 dar.
Kurz bevor die Drehzahl n den kritischen Frequenzbereich erreicht, wird die Beschleunigung a vermindert, beispielsweise auf 20 m/min/s. Dadurch bleibt die Drehzahl n unterhalb des kritischen Frequenzbereichs etwa konstant, die Zulaufgeschwindigkeit nimmt aber weiter zu. Der kritische Frequenzbereich wird also umfahren.
An den Zeitpunkten t1, t2, t3 treten wiederum kritische Schwingungen auf, die dadurch beseitigt werden, daß man die Drehzahl herabsetzt. Hierzu wird die Rolle mit der maximalen Verzögerung von -40 m/min/s verzögert. Nach erfolgter Verzögerung bleibt die Drehzahl konstant, so daß die Geschwindigkeit v wieder bis zur maximalen Geschwindigkeit von 2500 m/min zunehmen kann.
Die Wickelzeit ist hier nur um 2 Sekunden länger als bei Fig. 5. Sie beträgt T = 348 s. Die Wickelzeit ist hier allerdings um 32 s kürzer als bei Fig. 4, welche als Vergleichsbasis herangezogen werden muß.
Fig. 7 zeigt einen Wickelverlauf, bei dem die Hochlaufbeschleunigung erhöht wird. Sie beträgt nun 50 m/min/s. Dies ist möglich, weil die leere Wickelhülse 13 und die sich darauf bildende Wickelrolle 3 ein vergleichsweise geringes Trägheitsmoment haben. Der Antrieb 7, 8, der auch in der Lage sein muß, eine nahezu vollbewickelte Wickelrolle 3 zu beschleunigen, ist also durchaus in der Lage, eine wesentlich größere Beschleunigung zu fahren.
Ohne Störungen und ohne Beachtung des kritischen Frequenzbereichs F ergibt sich hier eine deutlich verkürzte Wickelzeit von T = 330 s. Der kritische Frequenzbereich wird jedenfalls bei der Zunahme der Drehzahl schneller durchfahren als bei einer Beschleunigung von a = 40 m/min/s.
In Fig. 8 wird nun die stärkere Beschleunigung von a = 50 m/min/s kombiniert mit der Beschleunigung der Materialbahn 2 nach einer Herabsetzung der Drehzahl der Wickelrolle 3 zu den Zeitpunkten t1, t2, t3. Nach jeder Verzögerung der Drehzahl n wird die Materialbahn 2 wieder beschleunigt auf den maximalen Wert der Geschwindigkeit von V = 2500 m/min.
Der kritische Frequenzbereich F wird berücksichtigt. Unter Ausnutzung der Antriebsreserve beim Anwickeln wird, wie oben erwähnt, die maximale Beschleunigung auf a = 50 m/min/s gesetzt, so das der kritische Frequenzbereich von unten nach oben relativ schnell durchfahren wird.
Wenn sich die Drehzahl n dem kritischen Frequenzbereich F von oben annähert, wird die Wickelrolle 3 kurzzeitig mit einer Verzögerung von a = -40 m/min/s verzögert, so daß der kritische Frequenzbereich F auch von oben nach unten relativ schnell durchlaufen werden kann. Danach kann die Wickelrolle 3 wieder mit a = 50 m/min/s beschleunigt werden, solange die Drehzahl n unterhalb des kritischen Frequenzbereichs F verbleibt.
Mit dieser Vorgehensweise ergibt sich eine Wickelzeit T = 340 s.
Der Zeitgewinn gegenüber der Vorgehensweise nach Fig. 4, die hier als Vergleichsmaßstab heranzuziehen ist, beträgt 40 s. Dies entspricht dem ursprünglich als ideal bezeichneten Wickelverlauf der Fig. 2.
In vielen Fällen kann man, wie dies aus Fig. 9 hervorgeht, auch eine noch größere Beschleunigung wählen, nämlich a = 60 m/min/s. In Fig. 9 ist ein derartiges Wickelverhalten ohne Einschränkungen dargestellt. Die Wickelzeit beträgt hier T = 326 s.
Hier wird davon ausgegangen, daß keine Störungen auftreten.
Werden hingegen auch Störungen berücksichtigt, ergibt sich das Verhalten, das in Fig. 10 dargestellt ist.
Hier wird zu den Zeiten t1, t2 und t3 die Drehzahl vermindert, indem die Wickelrolle 3 mit einer Verzögerung von a = -40 m/min/s abgebremst wird. Nach jeder Verzögerung wird die Drehzahl konstant gehalten, so daß sich die Geschwindigkeit der Materialbahn 2 wieder auf die maximale Geschwindigkeit von 2500 m/min erhöht.
Der kritische Frequenzbereich F wird beim Hochlaufen schnell genug durchfahren, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind. Auch beim Vermindern der Drehzahl n wird der kritische Frequenzbereich F schnell genug durchfahren, so daß hier keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind.
Der Zeitgewinn gegenüber der Vorgehensweise nach Fig. 4 beträgt 44 s. Dies entspricht bei den oben genannten Papierdaten einem Produktivitätsgewinn von ca. 65 Tonnen pro Tag.
Die Drehfrequenz wird jeweils um ein festes Inkrement herabgesetzt, beispielsweise 1,5 Hz. Dies hat den Vorteil, daß die Steuerung relativ einfach ausgebildet sein kann.
Die vom Antrieb 7, 8 abverlangte Maximallast, für die der Antrieb 7, 8 ausgelegt sein muß, tritt nur in Extremsituationen auf, beispielsweise Bahnriß, Anwickeln und Beschleunigen großer Wickelrollen in der Aufrollung unter maximalem Bahnzug. Während des normalen Wickelvorgangs stehen daher dem Antrieb 7, 8 je nach aktueller Fahrsituation ausreichend Reserven zur Verfügung. Diese Reserven macht sich die intelligente Steuereinrichtung 9 zunutze, um kritische Vibrationen, insbesondere beim Wickeln von Papieren mit hohen Reibwerten, zum Beispiel holzfreie ungestrichene Papiere, Verpakkungspapiere und ungestrichene Kartons, zu bekämpfen.
Man kann die bisher übliche trapezförmige Fahrweise weiterverwenden. Die Gewohnheiten der Bedienpersonen müssen sich also nicht übermäßig ändern. Bei auftretenden Schwingungen wird die Drehfrequenz des Schwingungserregers, also hier der Wickelrolle 2, relativ schnell verändert und in unkritische Bereiche verschoben.
Durch fortwährende Ermittlung verfügbarer Reserven ist es möglich, anhand der aktuellen Fahrsituation im voraus zu berechnen, wie lange es dauern würde, einen aufkommenden Vibrationsbereich beziehungsweise ein Frequenzband hoher Schwingungsamplitude durch Beschleunigung oder Verzögerung zu durchfahren. Man kann die tolerierte Zeitdauer sowie die Breite des Frequenzbandes ermitteln und diese als Toleranzbereiche in der Steuereinrichtung 9 hinterlegen.
Die Steuereinrichtung 9 ist also in der Lage, den Beschleunigungszustand der Wickelrolle permanent zu verändern. Dies hat auf die Zugregelung einen gewissen Einfluß. Vorzugsweise wird daher die Wickelrolle so gesteuert, daß Übergänge zwischen den unterschiedlichen Beschleunigungen bestmöglich verschliffen werden.
Die Sensoranordnung kann Sensoren aufweisen, die als Beschleunigungsaufnehmer an den Zentrierköpfen sowie der Reiterwalzentraverse angeordnet sind. Man kann auch Beschleunigungsaufnehmer an den Tragwalzenlagern anordnen. Damit sind alle unmittelbar am Wickelprozeß beteiligten Bauteile schwingungstechnisch erfaßt und können ausgewertet werden.

Claims

Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Materialbahnrolle, bei dem die Materialbahnrolle gedreht wird und Schwingungen erfaßt werden, wobei die Drehzahl der Materialbahnrolle vermindert wird, wenn eine Schwingung eine vorbestimmte Stärke übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vermindern der Drehzahl die Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn erhöht wird, wobei man die Materialbahnrolle zu Beginn eines Wickelvorgangs mit einer maximalen Beschleunigung antreibt und beim Auftreten einer kritischen Schwingung die Drehfrequenz der Materialbahnrolle um ein vorbestimmtes Inkrement vermindert.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vermindern der Drehzahl die Drehzahl der Materialbahnrolle konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahnrolle nach Erreichen der Höchstdrehzahl unabhängig vom tatsächlichen Auftreten einer Schwingung kurzzeitig abbremst.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Inkrement im Bereich von 1 bis 3 Hz liegt.
Wickelvorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Materialbahnrolle mit einem Rollenantrieb, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, und einer Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung bei einem Signal der Sensoranordnung, das eine kritischen Schwingung anzeigt, die Drehzahl der Materialbahnrolle herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) nach dem Herabsetzen der Drehzahl (n) der Materialbahnrolle (3) die Geschwindigkeit (v) der Materialbahn (2) steigert, wobei die Steuereinrichtung (9) den Rollenantrieb (7, 8) zu Beginn eines Wickelvorgangs mit maximaler Beschleunigung steuert und die Steuereinrichtung (9) einen Inkrementgeber aufweist, der die Drehzahl des Rollenalltriebs bei Auftreten einer kritischen Schwingung jeweils um ein festes Inkrement vermindert.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) nach dem Herabsetzen der Drehzahl (n) den Rollenantrieb (7, 8) mit konstanter Drehzahl (n) betreibt.
wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) eine Drehzahlerfassungseinrichtung und einen Speicher aufweist, in dem ein kritischer Drehzahlbereich abgelegt ist wobei die Steuereinrichtung spätestens bei Erreichen einer Grenze des Drehzahlbereichs von außen den Rollenantrieb mit maximaler Beschleunigung oder Verzögerung steuert.