EP2321210B1 - Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln von metallband - Google Patents

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EP2321210B1
EP2321210B1 EP09769008.5A EP09769008A EP2321210B1 EP 2321210 B1 EP2321210 B1 EP 2321210B1 EP 09769008 A EP09769008 A EP 09769008A EP 2321210 B1 EP2321210 B1 EP 2321210B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mandrel
cylinder
coiling
segments
cylinders
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP09769008.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2321210A1 (de
Inventor
Matthias Kipping
Rolf Franz
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Siemag AG
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Filing date
Publication date
Application filed by SMS Siemag AG filed Critical SMS Siemag AG
Publication of EP2321210A1 publication Critical patent/EP2321210A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2321210B1 publication Critical patent/EP2321210B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/18—Constructional details
    • B65H75/24—Constructional details adjustable in configuration, e.g. expansible
    • B65H75/242—Expansible spindles, mandrels or chucks, e.g. for securing or releasing cores, holders or packages
    • B65H75/249—Expansible spindles, mandrels or chucks, e.g. for securing or releasing cores, holders or packages expansion caused by actuator movable in direction perpendicular to or about the axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02—Winding-up or coiling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/28—Drums or other coil-holders
    • B21C47/30—Drums or other coil-holders expansible or contractible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H18/00—Winding webs
    • B65H18/02—Supporting web roll
    • B65H18/04—Interior-supporting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H2701/10—Handled articles or webs
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T279/00—Chucks or sockets
    • Y10T279/10—Expanding
    • Y10T279/1021—Fluid-pressure actuator
    • Y10T279/1024—Directly expanding jaws

Definitions

  • the invention further relates to a device for winding metal strip.
  • metal strips are formed into sheets or wound coils, the so-called coils, to enable transport and further processing within a plant or at a customer's site.
  • Coils or metal coils arise when straight metal strip is wound radially in a coiler.
  • the metal strip is a product of a hot strip mill or a cold strip mill. This means that the temperature of the metal strip, depending on the type of plant and the heat treatment, can be below or above 100 ° C or far above.
  • Reel systems work in principle such that the metal strip is guided on a rotating mandrel, the so-called reel dome.
  • the guiding of the metal strip around the coiler mandrel takes place with the aid of guide elements, such as deflection shells, deflection rollers, belt bands, etc., which are arranged so as to be radially movable about the longitudinal axis of the coiler mandrel.
  • guide elements such as deflection shells, deflection rollers, belt bands, etc.
  • the above-mentioned guide elements are moved away from the metal strip to a rest position, for example pivoted.
  • the guide elements can if necessary, such as when the metal strip threatens to lose the train by unthreading, for example, from the rolling stand or the blowing apparatus of the coiler, be swung back. This prevents the coil from losing its shape.
  • FIG. 2 The operation of the reel dome according to the prior art is in FIG. 2 shown in more detail.
  • the metal strip 10 spirally wraps around the reel mandrel and forms turns 11.
  • Hoop domes are capable of enlarging and reducing their outer dimension 8.1 in the winding part 8 (to spread and to despread). This function is achieved by the outer segments 15 are moved radially.
  • the metal strip 10 is guided around a spread coiler mandrel. After winding the metal strip 10 into a coil / metal collar, it must be detached from the coiler mandrel to allow removal.
  • the reel dome is despread, ie the segments 15 are moved toward the longitudinal axis of the reel dome and the outer dimension 8.1 of the winding part 8 is reduced. The reel dome releases the coil.
  • the spreading mechanism is in FIG. 2 shown.
  • the spreader 13 has at least one inclined plane 13.1, preferably several.
  • the inclined plane is moved 13.1 and the pressure body 14 is raised or lowered radially and raises or lowers the radially outer segment lying 15. Since the segments 15 of the winding part As evenly spread and despread and absorb the forces occurring, 8 several oblique planes, preferably uniformly, both over the circumference and over the length of the winding part.
  • the spreader bar 13 is coupled to the hydraulic cylinder 5 and experiences by this a translational drive or a holding force.
  • the segments 15 are moved over an inclined plane 13.1. It is not necessary that a pressure body 14 takes over the force or the motion transmission. Often 15 inclined planes 13.1 are worked on the segments, so that a direct contact between spreader 13 and segment 15 is made.
  • tabs are provided which are rotatably mounted in the spreader 13 and rotatably mounted in the segments 15. By means of guides, against which the segments 15 are supported, the segments 15 can be held in the coiler mandrel in another embodiment.
  • a connection point 9.1 is provided here. This is preferably carried out as a screw connection.
  • a coiler mandrel in a hot strip mill can usually be used to wrap metal strips with thicknesses of 0.8mm to 25.4mm.
  • the strengths can be between low as for low carbon and high as eg for tube grades (X80, X100, etc.).
  • a coiler dome according to the above-described prior art, however, no targeted and accurate force adjustment can take place. The reason for this is or are the inclined planes, which cause a corresponding hysteresis due to their high and irreproducible friction.
  • the difficulty of nonreproducibility of the friction is due to the presence of wear on the pressure body, on the segments and on the spreader bar. The wear manifests itself in the form of material removal, deformation, changes in the surface roughness, etc.
  • connection point 9.1 for the mandrel support bearing.
  • connection point 9.1 (or separation point) represents a weak point.
  • an expandable coiler mandrel with a core, with a number of radially expandable segments arranged around the core, and for each segment each having a number of hydraulic piston-cylinder units through which the segments are radially movable.
  • the segments are connected to the hydraulic units in the core. Furthermore, the segments are secured to the pistons of the hydraulic units, the pistons are annular and mounted around pivots which in turn are secured to the core and have heads for limiting the radial upward movement of the segments.
  • First and second chambers for hydraulic fluid are provided on the radial inner and outer sides of the pistons, so that the hydraulic units for retracting and extending the segments can be actuated.
  • the first chambers of the hydraulic units (for extending the segments) are connected to a number of pressure cylinders, whose pistons are arranged for common displacement, so that the first chambers associated with a single segment are each connected at least to at least two different pressure cylinders.
  • pressure line pressure line
  • Haspeldomen always only the end positions of the cylinder are approached (fully spread or despread).
  • the post-spreading of the segments from a pre-spread position (intermediate position of the segments) is not possible because the friction or the load of cylinder to cylinder is different.
  • the cylinders would extend the segments differently and the coil eye formed by the outer contour of the coiler mandrel would not be cylindrically shaped.
  • Such non-circular training leads to problems in the further handling of the coil.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method by which the mentioned disadvantages are avoided.
  • This problem is solved in a process-specific manner by individually controlling each cylinder of the plurality.
  • the claimed individual control of the individual cylinders advantageously makes it possible to set each individual cylinder to setpoint values predetermined individually for each cylinder.
  • the claimed individual control of the individual cylinders also enables an individual readjustment of the individual cylinders to new predefined desired values starting from an already pre-spread coiler mandrel. In particular, it is then also possible to predefine any setpoint values that lie between system-dependent maximum possible setpoint values (end values).
  • all cylinder or Ausbalancierzylinder the coiler mandrel are individually controlled to a same predetermined position, in particular a same radial distance from the longitudinal axis of the coiler mandrel, even if the friction or the load should be different from cylinder to cylinder ,
  • This control advantageously ensures that all the cylinders extend radially equidistant and that the coil eye is cylindrical or circular.
  • the cylinders can also be pressure- or force-controlled.
  • a symmetrical, in particular circular Coilauge can also be realized.
  • the subsequent spreading takes place by controlled pressure and / or controlled positioning of the segments, wherein, also by detecting the engine torque, the correlation of tensile force in the metal strip to spread the coiler mandrel is produced.
  • the coordination of both sizes, tensile force in the metal strip and spreading force in the coiler mandrel ensures safe Anwickeln and it helps in using the minimum spreading force to minimize the damage to the metal strip and to maximize the life of the components of the reel dome.
  • the invention is also achieved by a device for angling metal strip according to claim 5.
  • the advantages of this device correspond to the advantages mentioned above with respect to the method.
  • a synchronization device serves to ensure that, in each case, the same setpoints are specified for the regulation of the individual cylinders, if desired.
  • reel mandrel according to the invention is dispensed with a relatively large expansion cylinder, a spreader bar, pressure body, the connection point and the bore in the dome body.
  • An inventive coiler mandrel 100 is formed in the winding member 120 with cylinders 116 and Ausbalancierzylindem 121.
  • the cylinders 116 and balancing cylinders 121 move and / or hold the segments 115.
  • the cylinders 116 and balancing cylinders 121 are hydraulically actuated, for example. In addition to oil, other media, such as fat, can be used.
  • the cylinder 116 are responsible. As shown, the cylinders 116 are inserted directly into the dome body 119 with their cylinder cover 116.1 and with their cylinder piston 116.2.
  • each cylinder 116 is equipped with a position sensor 117, so that the exact position of the Zylin derkolbens 116.2 is detected and controlled or regulated.
  • the cables 117.1 of the position sensor 117 are through the cable channel 118 to the rotary transformer 123 (see FIG. 4 ) and from there to the control, regulation and / or evaluation (not shown) transferred.
  • the media supply 122 supplies the cylinders 116 and balancing cylinders 121 with the necessary media and the dome body 119 with a cooling and / or cleaning liquid such as water for cooling and cleaning. Furthermore, the coiler mandrel 100 is supplied with lubricant at the lubrication points via the media feed 122. Water for cooling and cleaning is also transported via the media supply 122 to the point of consumption on the reel mandrel 100.
  • the rotary transformer 123 supplies the position transmitter 117 with voltage or current.
  • the balancing cylinder 121 Analogous to the cylinder 116, the balancing cylinder 121 with its cylinder piston 121.1 and its cylinder cover 121.2 is installed directly or as a complete exchange unit in the mandrel body 119.
  • the balancing cylinder 121 has the task of holding the segment or segments 115 against the centrifugal force and the weight such that there is always contact between the cylinder piston 116.2 and the segment 115.
  • this cylinder 121 may be equipped with a position sensor 117.
  • Another embodiment provides to control the cylinder 121 by means of a pressure sensor to a predetermined force or to regulate, so that can be dispensed with a position sensor 117.
  • the cylinders 116 and the balancing cylinders 121 are controlled by pressure sensors that measure the pressure in the supply or discharge lines and / or via the position sensor 117 or controlled.
  • the balancing cylinder 121 is designed such that it preferably forms a positive connection with the segment 115. Another embodiment consists in a non-positive connection.
  • At least two calibration rings are pushed and positioned at a predetermined distance in the direction of the longitudinal axis. Calibration sets the outer diameter and position encoders.
  • the water layer of the segments 115 can be detected with suitable measuring or testing devices. With the help of the cylinder 116, the wear of the segments 115 can be compensated.
  • FIG. 6 For example, a control circuit for the device is shown, with which each individual cylinder of the device is individually controlled.
  • the illustrated control circuit shows a position control with a subordinate force control.
  • the superimposed position control causes all cylinders of the coiler mandrel to be regulated to an identical desired position, ie an equal radial distance from the longitudinal axis of the coiler mandrel. In this case, it is ensured by the subordinate force control loop that a desired force predetermined individually for the cylinders is maintained, in particular not exceeded.
  • control device for each cylinder may have an individual force control with subordinate position control.
  • the forces with which the cylinder press against the wound tape, are then controlled by means of the superimposed force control to predetermined, preferably equal forces.
  • the subordinate position control ensures that during the force control a predetermined setpoint position of the cylinders is maintained.
  • a force limiter can be provided to avoid failure of the force control exceeding a predetermined maximum force and thus possible damage to the coiler mandrel or on the wound tape. If both control mechanisms Depending on the work situation, it may be advisable to switch between the two mechanisms.
  • the position control preferably with subordinate force control, is used in particular when starting the reel dome, ie at the beginning of a winding process. Thereafter, ie during a stationary winding operation, ie after already a few turns are wound, it is recommended to switch to a superimposed force control with subordinate position control.
  • the position and the working pressure within the limits of the system can be individually selected / regulated for each cylinder. This results in the possibility to wrap the metal strip on a pre-spread coiler mandrel. This means that the coiler mandrel during Anwickelvorgang its diameter - after a certain number of turns was wound - further increased when the windings are loose or as early as a train to be built.
  • the device according to the invention has no master cylinder, but a rotary feeder which is able to supply, with high pressure, preferably each single cylinder with the necessary fluid. It is ensured by the regulation that the cylinders 116 move the segments 115 synchronously, so that they are always moved in the water position. This avoids tilting and jamming of the segments 115, so that the reliability is always guaranteed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Winding, Rewinding, Material Storage Devices (AREA)
  • Winding Of Webs (AREA)
  • Storage Of Web-Like Or Filamentary Materials (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln von Metallband, mit
    • einem Haspeldorn mit einem Domkörper,
    • mit einer Mehrzahl radial aufweitbarer bzw. aufspreizbarer, um den Domkörper herum angeordneter, Segmente,
    • einer Mehrzahl von hydraulischen Zylindern, durch welche die Segmente radial bewegbar sind.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Aufwickeln von Metallband.
  • In Walzwerken werden Metallbänder zu Tafeln oder zu gewickelten Bunden, den sogenannten Coils, geformt, um den Transport sowie die Weiterverarbeitung innerhalb eines Werks bzw. bei einem Kunden zu ermöglichen. Coils oder Metallbunde entstehen, wenn gerades Metallband in einer Haspelanlage radial aufgewickelt wird. Das Metallband ist ein Produkt aus einer Warmbandstraße oder einer Kaltbandstraße. Dies bedeutet, dass die Temperatur des Metallbandes, je nach Anlagentyp und Wärmebehandlung, unter oder über 100° C bzw. weit darüber liegen kann.
  • Haspelanlagen funktionieren prinzipiell derart, dass das Metallband auf einen rotierenden Dorn, den sogenannten Haspeldom, geführt wird. Das Führen des Metallbandes um den Haspeldom erfolgt mit Hilfe von Führungselementen wie z.B. Umlenkschalen, Umlenkrollen, Riemenbändem usw., die radial beweglich um die Längsachse des Haspeldoms angeordnet sind. Wenn der Haspeldom nach dem Anwickeln in die Lage versetzt worden ist, einen Zug im Metallband aufzubauen, werden die o.g. Führungselemente vom Metallband weg in eine Ruheposition bewegt, beispielsweise geschwenkt. Die Führungselemente können bei Bedarf, etwa wenn das Metallband den Zug durch Ausfädeln z.B. aus dem Walzgerüst oder dem Treibapparat der Haspelanlage zu verlieren droht, wieder angeschwenkt werden. Dadurch wird verhindert, dass das Coil seine Form verliert bzw. aufspringt.
  • Eine Haspelanlage nach dem Stand der Technik besteht beispielsweise, wie in Figur 1 und Figur 2 dargestellt, aus:
    • einem Motor 1 und einem Getriebe 3, zum Antrieb des Haspeldoms,
    • einer Kupplung 4, die den Antrieb mit dem Dom verbindet,
    • einem rotierenden oder stehenden Hydraulikzylinder 5, der mit einer Spreizstange 13 oder Spreizeinheit verbunden ist,
    • einem Wegmesssystem zum Messen des Zylinderhubs (nicht dargestellt),
    • einem hinteren Domlager 6 und einem vorderen Domlager 7,
    • einem Wickelteil 8,
    • einem Domkörper 12 der die Spreizstange 13 sowie einen Druckkörper 14 trägt,
    • aus Segmenten 15, die mit Laschen (nicht dargestellt) des Domkörpers 12 gehalten werden und mit Hilfe der Druckkörper 14 innen oder außen bewegt werden, und
    • einem Domstützlager 9.
  • Die Funktionsweise des Haspeldoms nach dem Stand der Technik ist in Figur 2 genauer dargestellt. Beim Wickeln umschlingt das Metallband 10 den Haspeldom spiralförmig und bildet Windungen 11. Haspeldome sind in der Lage, im Wickelteil 8 ihre Außenabmessung 8.1 zu vergrößern und zu verkleinern (zu spreizen und zu entspreizen). Diese Funktion wird erreicht, indem die außen liegenden Segmente 15 radial bewegt werden. Zum Anwickeln wird das Metallband 10 um einen gespreizten Haspeldom geführt. Nach dem Aufwickeln des Metallbandes 10 zu einem Coil / Metallbund muss es vom Haspeldom gelöst werden, um einen Abtransport zu ermöglichen. Hierzu wird der Haspeldom entspreizt, d.h. die Segmente 15 werden zur Längsachse des Haspeldom hin bewegt und die Außenabmessung 8.1 des Wickelteils 8 wird verkleinert. Der Haspeldom gibt das Coil frei.
  • Der Spreizmechanismus ist in Figur 2 dargestellt. Die Spreizstange 13 besitzt mindestens eine schiefe Ebene 13.1, vorzugsweise mehrere. Durch die Bewegung 13.2 der Spreizstange 13 in Achsrichtung des Haspeldorns nach links oder rechts wird die schiefe Ebene 13.1 bewegt und der Druckkörper 14 wird radial gehoben oder gesenkt und hebt oder senkt das radial weiter außen liegende Segment 15. Da sich die Segmente 15 des Wickelteils 8 möglichst gleichmäßig spreizen und entspreizen sowie die auftretenden Kräfte aufnehmen müssen, sind sowohl über den Umfang als auch über die Länge des Wickelteils 8 mehrere schiefe Ebenen, vorzugsweise gleichmäßig, angeordnet. Die Spreizstange 13 ist mit dem Hydraulikzylinder 5 gekoppelt und erfährt durch diesen einen translatorischen Antrieb bzw. eine Haltekraft.
  • Den bekannten Haspeldomen ist gemeinsam, dass die Segmente 15 über eine schiefe Ebene 13.1 bewegt werden. Es ist dabei nicht erforderlich, dass ein Druckkörper 14 die Kraft- bzw. die Bewegungsübertragung übernimmt. Oft werden an die Segmente 15 schiefe Ebenen 13.1 angearbeitet, so dass ein direkter Kontakt zwischen Spreizstange 13 und Segment 15 besteht. Um die Segmente 15 bei Rotation gegen die Fliehkraft und die Gewichtskraft im Haspeldom zu halten, werden beispielsweise Laschen vorgesehen, die drehbar in der Spreizstange 13 und drehbar in den Segmenten 15 gelagert sind. Mit Hilfe von Führungen, gegen die sich die Segmente15 abstützen, können die Segmente 15 in einer anderen Ausführungsform in dem Haspeldom gehalten werden.
  • Da die Spreizstange 13 im Inneren des Domkörpers 12 montiert ist, ist hierfür eine Öffnung im Domstützlager 9 vorgesehen. Durch diese Öffnung wird die Spreizstange 13 in den Domkörper 12 eingeführt. Um das Stützlager an den Domkörper 12 anbinden zu können, ist hier eine Verbindungsstelle 9.1 vorgesehen. Diese wird vorzugsweise als Schraubenverbindung ausgeführt.
  • Ein Haspeldom in einer Warmbandstraße kann üblicherweise zum Wickeln von Metallbändern mit Dicken von 0,8mm bis 25,4mm eingesetzt werden. Hierbei können die Festigkeiten zwischen gering wie z.B. für Low Carbon und hoch wie z.B. für Rohrgüten (X80, X100, usw.) schwanken. Bei einem Haspeldom nach dem oben beschriebenen Stand der Technik kann allerdings keine gezielte und genaue Krafteinstellung erfolgen. Grund hierfür ist die bzw. sind die schiefen Ebenen, die auf Grund ihrer hohen und nicht reproduzierbaren Reibung eine entsprechende Hysterese bewirken. Die Schwierigkeit der NichtReproduzierbarkeit der Reibung begründet sich im Vorhandensein von Verschleiß am Druckkörper, an den Segmenten und an der Spreizstange. Der Verschleiß zeigt sich in Form von Materialabtrag, Deformation, Veränderungen der Oberflächenrauhigkeiten usw.. Erschwerend kommt hinzu, dass die Schmierungsbedingungen ungünstig sein können, da beispielsweise Fett auf Grund von hohem Druck auf die Fettaustrittbohrung nicht austreten kann oder das Fett bei auftretenden hohen Temperaturen verbrennt oder verkokelt. Auch ist es möglich, dass Fett durch Kühlwasser weggewaschen wird. Ungünstig wirkt sich auf die Gleitflächen eindringender Schmutz und Zunder aus, wenn dieser das Fett kontaminiert und/oder zwischen die Gleit- bzw. Reibflächen gelangt. Deformationen und Materialabtrag führen dazu, dass die Segmente nicht mehr die gewünschte Außenabmessung anfahren können. D.h. der maximale Haspeldomdurchmesser und die Wasserlage (waagerechte) der Segmente sind nicht mehr zu erreichen. Entscheidend für die Belastbarkeit des Haspeldoms ist die konstruktive Ausführung der Verbindungsstelle 9.1 für das Dornstützlager. Prinzipiell stellt die Verbindungsstelle 9.1 (bzw. Trennstelle) eine Schwachstelle dar.
  • Aus dem Stand der Technik nach der österreichischen Patentschrift 219 940 ist eine Einrichtung zur Steuerung von Aufwickeltrommeln bekannt, mit einem Trommelkörper und zwei an diesem schwenkbar angebrachten Spannsegmenten, an denen eine Reihe hydraulisch betätigter, sie auseinanderspreizender Kolben, Bolzen oder dgl. angreift, die im Trommelkörper oder in einem mit diesem mittelbar oder unmittelbar verbundenen Teil gelagert sind. An jedem der beiden Spannsegmente greift zwischen seinem freien, dem anderen Spannsegment zugewendeten Ende und seinem angelenkten Teil eine Reihe hydraulisch betätigter Kolben. Bolzen oder dgl. an. Weiterhin ist ein Drucksegment vorgesehen, welches zwischen die auseinander gespreizten Spannsegmente eingesetzt wird.
  • Weitere Haspeldorne, die Kolben-Zylindereinheiten zum Spreizen von Segmenten aufweisen, sind aus den Druckschriften DE 26 20 926 A1 , US 3,273,817 und US 3,414,210 bekannt.
  • Aus der EP 0 017 675 B1 ist ein aufweitbarer Haspeldom mit einem Kern, mit einer Anzahl radial aufweitbarer bzw. aufspreizbarer, um den Kern herum angeordneter Segmente und für jedes Segment mit jeweils einer Anzahl von hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten, durch welche die Segmente radial bewegbar sind, bekannt. Die Segmente sind mit den hydraulischen Einheiten im Kern verbunden. Weiterhin sind die Segmente an den Kolben der hydraulischen Einheiten befestigt, die Kolben sind ringförmig ausgebildet und um Zapfen herum montiert, die ihrerseits am Kern befestigt sind und Köpfe zur Begrenzung der radialen Aufwärtsbewegung der Segmente aufweisen. An den radialen Innen-und Außenseiten der Kolben sind erste und zweite Kammern für Hydraulikflüssigkeit vorgesehen, so dass die hydraulischen Einheiten zum Einfahren und Ausfahren der Segmente betätigbar sind. Die Ersten Kammern der hydraulischen Einheiten (zum Ausfahren der Segmente) sind mit einer Anzahl von Druckzylindern verbunden, deren Kolben für gemeinsame Verschiebung angeordnet sind, so dass die einem einzigen Segment zugeordneten ersten Kammern jeweils mindestens mit mindestens zwei verschiedenen Druckzylindern verbunden sind.
  • Nachteilig bei den bekannten Haspeldornen ist, dass die radial ausfahrbaren Zylinder alle miteinander hydraulisch gekoppelt sind. D.h. sie besitzen eine gemeinsame Zuführleitung (Druckleitung) für mindestens zwei, meist aber für mehr als zwei Zylinder. Bei den bekannten Haspeldomen werden immer nur die Endlagen der Zylinder angefahren (voll gespreizt oder entspreizt). Das Nach-spreizen der Segmente aus einer vorgespreizten Stellung (Zwischenstellung der Segmente) ist nicht möglich, da die Reibung bzw. die Belastung von Zylinder zu Zylinder unterschiedlich ist. Somit würden die Zylinder die Segmente unterschiedlich ausfahren und das Coilauge, welches durch die Außenkontur des Haspeldoms gebildet wird, würde nicht zylindrisch ausgeformt sein. Eine derartige unrunde Ausbildung führt zu Problemen beim weiteren Handling des Coils.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die genannten Nachteile vermieden werden.
  • Weiterhin soll eine Vorrichtung zum Aufwickeln von Metallband angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensspezifisch dadurch gelöst, dass jeder Zylinder aus der Mehrzahl individuell geregelt wird.
  • Die beanspruchte individuelle Regelung der einzelnen Zylinder ermöglicht vorteilhafterweise eine Einstellung jedes einzelnen Zylinders auf individuell für jeden Zylinder vorgegebene Sollwerte. Die beanspruchte individuelle Regelung der einzelnen Zylinder ermöglicht außerdem eine individuelle Nachregelung der einzelnen Zylinder auf neue vorgegebene Sollwerte ausgehend von einem bereits vorgespreizten Haspeldorn. Insbesondere können dann auch beliebige Sollwerte vorgegeben werden, die zwischen systembedingten maximal möglichen Sollwerten (Endwerten) liegen.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden alle Zylinder bzw. Ausbalancierzylinder des Haspeldorns individuell auf eine gleiche vorbestimmte Position, insbesondere einen gleichen radialen Abstand von der Längsachse des Haspeldoms geregelt, auch dann, wenn die Reibung bzw. die Belastung von Zylinder zu Zylinder unterschiedlich sein sollte. Mit dieser Regelung wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass alle Zylinder radial gleich weit ausfahren und dass das Coilauge zylindrisch bzw. kreisförmig ausgebildet wird.
  • Alternativ zu einer Positionsregelung können die Zylinder auch druck- bzw. kraftgeregelt werden. Durch das Einstellen bzw. Einregeln jedes Zylinders aus der Mehrzahl der Zylinder des Haspeldorns auf eine gleiche vorgegebene Kraft kann ebenfalls ein symmetrisches, insbesondere kreisförmiges Coilauge realisiert werden.
  • Das Nachspreizen erfolgt durch geregelten Druck und/oder geregelte Positionierung der Segmente, wobei, ebenfalls durch Feststellen des Motordrehmomentes, die Korrelation von Zugkraft im Metallband zur Spreizung des Haspeldorns hergestellt wird. Die Abstimmung beider Größen, Zugkraft im Metallband und Spreizkraft im Haspeldorn, gewährleistet das sichere Anwickeln und sie hilft bei der Verwendung der minimalen Spreizkraft, die Beschädigungen des Metallbandes zu minimieren und die Lebensdauer der Bauteile des Haspeldoms zu maximieren.
  • Die Erfindung wird außerdem durch eine Vorrichtung zum Aufwinkeln von Metallband gemäß Anspruch 5 gelöst. Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteilen. Eine Synchronisierungseinrichtung dient dazu, sicherzustellen, dass für die Regelung der einzelnen Zylinder jeweils dieselben Sollwerte vorgegeben werden, falls gewünscht.
  • Weitere Vorteile des beanspruchten Verfahrens und der beanspruchten Vorrichtung sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
  • Durch den erfindungsgemäßen Haspeldom wird auf einen relativ großen Spreizzylinder, eine Spreizstange, Druckkörper, die Verbindungsstelle sowie die Bohrung im Domkörper verzichtet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer sehr schematischen Zeichnung näher beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    in Längsansicht, teilweise geschnitten, einen Haspeldom nach dem Stand der Technik;
    Fig. 2
    im Teilschnitt den Haspeldorn in Längsansicht einen Haspeldorn mit Spreizsegment, Dornkörper und Zugstange aus Figur 1;
    Fig. 3
    einen Haspeldom gemäß der Erfindung in geschnittenem Querschnitt;
    Fig. 4
    in Längsansicht, teilweise geschnitten, einen Haspeldorn nach Fig. 3;
    Fig. 5
    im Teilschnitt den Haspeldom nach Fig. 3 in Längsansicht mit Spreizsegment, Zylinder, Domkörper und Positionsgeber; und
    Fig. 6
    der Regelkreis der Vorrichtung.
  • Ein erfindungsgemäßer Haspeldom 100, wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt, ist im Wickelteil 120 mit Zylindern 116 und Ausbalancierzylindem 121 ausgebildet. Die Zylinder 116 und Ausbalancierzylinder 121 bewegen und/oder halten die Segmente 115. Die Zylinder 116 und Ausbalancierzylinder 121 werden beispielsweise hydraulisch betätigt. Außer Öl können auch andere Medien, wie z.B. Fett, zur Anwendung kommen. Für die Übertragung bzw. die Erzeugung der Spreizkraft und der Bewegung der Segmente 115 sind die Zylinder 116 verantwortlich. Die Zylinder 116 werden wie dargestellt mit ihrem Zylinderdeckel 116.1 sowie mit ihrem Zylinderkolben 116.2 direkt im Domkörper 119 eingesetzt. Es ist aber auch verstellbar, dass ein kompletter Zylinder 116 als Einheit in den Haspeldom 100 montiert wird. Vorzugsweise ist jeder Zylinder 116 mit einem Positionsgeber 117 ausgerüstet, so dass die genaue Position des Zylin-derkolbens 116.2 festgestellt und gesteuert oder geregelt wird. Die Kabel 117.1 der Positionsgeber 117 werden durch den Kabelkanal 118 zum Drehübertrager 123 (siehe Figur 4) und von dort zur Steuer-, Regel- und/oder Auswerteeinheit (nicht dargestellt) übertragen. Die Medienversorgung der Zylinder 116 und Ausbalancierzylinder 121 erfolgt durch die Medienzuführung 122.
  • Die Medienzuführung 122 versorgt die Zylinder 116 bzw. Ausbalancierungszylinder 121 mit den notwendigen Medien sowie den Domkörper 119 mit einer Kühl- und/oder Reinigungsflüssigkeit wie Wasser zum Kühlen und Reinigen. Weiterhin wird der Haspeldom 100 an den Schmierstellen über die Medienzuführung 122 mit Schmierstoff versorgt. Wasser zum Kühlen und Reinigen wird ebenfalls über die Medienzuführung 122 zur Verbrauchsstelle am Haspeldom 100 transportiert. Der Drehübertrager 123 versorgt die Positionsgeber 117 mit Spannung bzw. Strom.
  • Analog zum Zylinder 116 wird der Ausbalancierzylinder 121 mit seinem Zylinderkolben 121.1 und seinem Zylinderdeckel 121.2 direkt oder als komplette Wechseleinheit im Dornkörper 119 eingebaut. Der Ausbalancierzylinder 121 hat die Aufgabe das bzw. die Segmente 115 gegen die Fliehkraft und die Gewichtskraft derart zu halten, dass immer ein Kontakt zwischen dem Zylinderkolben 116.2 und dem Segment 115 vorhanden ist. Auch dieser Zylinder 121 kann mit einem Positionsgeber 117 ausgerüstet sein. Eine andere Ausbildung sieht vor, den Zylinder 121 mit Hilfe eines Drucksensors auf eine vorgegebene Kraft anzusteuern oder zu regeln, so dass auf einen Positionsgeber 117 verzichtet werden kann.
  • Die Zylinder 116 und die Ausbalancierungszylinder 121 werden über Drucksen-soren, die den Druck in den Zu- oder Abführleitungen messen und/oder über die Positionsgeber 117 geregelt oder gesteuert. Der Ausbalancierzylinder 121 ist derart gestaltet, dass er mit dem Segment 115 vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung bildet. Eine andere Ausführung besteht in einer kraftschlüssigen Verbindung.
  • Zum Kalibrieren des Außendurchmessers des Haspeldoms 100 mit den Segmenten 115 werden mindestens zwei Kalibrierringe in einem vorgegebenen Abstand in Richtung der Längsachse aufgeschoben und positioniert. Durch die Kalibrierung werden der Außendurchmesser und die Positionsgeber eingestellt. Zusätzlich kann die Wasserlage der Segmente 115 mit geeigneten Mess- oder Prüfeinrichtungen festgestellt werden. Mit Hilfe der Zylinder 116 kann der Verschleiß der Segmente 115 ausgeglichen werden.
  • In Figur 6 ist beispielhaft einen Regelkreis für die Vorrichtung dargestellt, mit dem jeder einzelne Zylinder der Vorrichtung individuell geregelt wird. Der dargestellte Regelkreis zeigt eine Positionsregelung mit einer unterlagerten Kraftregelung. Die überlagerte Positionsregelung bewirkt, dass alle Zylinder des Haspeldoms auf eine gleiche Soll-Position, d.h. einen gleichen radialen Abstand von der Längsachse des Haspeldorns, geregelt werden. Dabei wird durch den unterlagerten Kraftregelkreis gewährleistet, dass eine für die Zylinder individuell vorgegebenen Soll-Kraft eingehalten, insbesondere nicht überschritten wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung für jeden Zylinder eine individuelle Kraftregelung mit unterlagerter Positionsregelung aufweisen. Die Kräfte, mit denen die Zylinder gegen das aufgewickelte Band drücken, werden dann mit Hilfe der überlagerten Kraftregelung auf vorgegebene, vorzugsweise gleiche Kräfte geregelt. Gleichzeitig gewährleistet die unterlagerte Positionsregelung, dass bei der Kraftregelung eine vorgegebene Soll-Position der Zylinder eingehalten wird.
  • Bei beiden Regelmechanismen, d.h. Positionsregelung mit unterlagerter Kraftregelung oder Kraftregelung mit unterlagerter Positionsregelung kann ein Kraftbegrenzer vorgesehen sein, um bei Ausfall der Kraftregelung ein Überschreiten einer vorgegebenen Maximalkraft und damit mögliche Schäden am Haspeldom oder an dem aufgewickelten Band zu vermeiden. Wenn beide Regelmechanismen verfügbar sind, empfiehlt sich - je nach Arbeitssituation - evtl. ein Umschalten zwischen den beiden Mechanismen. Die Positionsregelung, vorzugsweise mit unterlagerter Kraftregelung, wird insbesondere beim Anfahren des Haspeldoms, d.h. zu Beginn eines Aufwickelvorganges verwendet. Danach, d.h. während eines stationären Aufwickelvorganges, d.h. nachdem bereits ein paar Windungen aufgewickelt sind, empfiehlt sich ein Umschalten auf eine überlagerte Kraftregelung mit unterlagerter Positionsregelung.
  • Mit den beiden vorgestellten Regelmechanismen sind die Position und der Arbeitsdruck im Rahmen der Systemgrenzen für jeden Zylinder individuell beliebig wählbar/regelbar. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, das Metallband auf einen vorgespreizten Haspeldom zu wickeln. Die bedeutet, dass der Haspeldom beim Anwickelvorgang seinen Durchmesser - nachdem eine bestimmte Windungszahl aufgewickelt wurde - weiter vergrößert, wenn die Windungen lose sind bzw. möglichst früh ein Zug aufgebaut werden soll.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung besitzt keinen Hauptzylinder, sondern eine Drehzuführung, die in der Lage ist, vorzugsweise mit hohem Druck jeden ein-zelnen Zylinder mit dem nötigen Fluid zu versorgen. Es ist durch die Regelung gewährleistet, dass die Zylinder 116 die Segmente 115 synchron bewegen, so dass diese immer in Wasserlage verfahren werden. Dieses vermeidet ein Verkanten und Verklemmen der Segmente 115, so dass die Betriebssicherheit immer gewährleistet ist.
  • Durch den Wegfall der schiefen Ebene 13.1, wie aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 2 bekannt, entfällt auch eine Fettschmierung für diese. Mit dem erfindungsgemäßen Haspeldom ist es nun möglich, dass dieser mit Wasser versorgt und somit gekühlt wird. Durch eine geeignete Wasserführung wird der Haspeldom ständig von Verschmutzungen gereinigt bzw. frei gespült.
    • Bezugszeichenliste
  • 1. Motor
    2. Getriebe
    3. Kupplung
    4. Hydraulikzylinder
    5. hinteres Domlager
    6. vorderes Domlager
    7. Wickelteil
    8. Domstützlager
    9. Metallband
    10. Windungen
    11. Domkörper
    12. Spreizstange
    13. Druckkörper
    14. Segment
    15. Zylinder
    100 Haspeldom
    101 Motor
    103 Kupplung
    104 Hydraulikzylinder
    106 vorderes Domlager
    107 hinteres Domlager
    110 Windungen
    111 Metallband
    115 Segment
    116 Zylinder
    117 Positionsgeber
    117.1 Kabel
    118 Kabelkanal
    119 Domkörper
    120 Wickelteil
    121 Ausbalancierzylinder
    121.1 Zylinderkolben
    121.2 Zylinderdeckel
    122 Medienzuführung
    123 Drehübertrager

Claims (14)

  1. Verfahren zum Aufwickeln von Metallband (110) auf einen Haspeldorn (100) mit einem Domkörper (120), einer Mehrzahl radial aufweitbarer bzw. aufspreizbarer, um den Domkörper (120) herum angeordneter, Segmente (115) und einer Mehrzahl von hydraulischen Zylindern (116), durch welche die Segmente (115) radial bewegt werden;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jeder Zylinder (116) aus der Mehrzahl individuell geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass alle Zylinder (116) aus der Mehrzahl individuell auf eine gleiche vorgegebene Soll-Position, insbesondere einen gleichen radialen Abstand von der Längsachse des Haspeldoms geregelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    der Positionsregelung eine Kraftregelung unterlagert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jeder Zylinder (116) aus der Mehrzahl individuell auf einen vorgegebenen Soll-Druck bzw. eine vorgegebene Soll-Kraft geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druck- bzw. Kraftregelung eine Positionsregelung unterlagert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch Feststellen des Motordrehmomentes die Korrelation von Zugkraft im Metallband zur Spreizung des Haspeldorns (100) hergestellt wird.
  7. Haspeldom zum Aufwickeln von Metallband (111), mit
    - einem Dornkörper (120)
    - mit einer Mehrzahl radial aufweitbarer bzw. aufspreizbarer, um den Domkörper (120) herum angeordneter, Segmente (115); und
    - einer Mehrzahl von hydraulischen Zylindern (116), durch welche die Segmente (115) radial bewegbar sind;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, um die hydraulischen Zylinder (116) jeweils individuell zu regeln.
  8. Haspeldom nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    das jedem Zylinder (116) ein Positionsgeber (117) zugeordnet ist.
  9. Haspeldom nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    das jedem Zylinder (116) und/oder jedem Ausbalancierungszylinder (121) ein Drucksensor zugeordnet ist.
  10. Haspeldom nach einem der Ansprüche 7-9,
    dadurch gekennzeichnet,
    das jeder Ausbalancierungszylinder (121) kraft- oder-formschlüssig mit dem Segment (115) verbunden ausgebildet ist.
  11. Haspeldom nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Regelungseinrichtung eine Synchronisierungseinrichtung aufweist zum Synchronisieren der vorgegebenen Sollwerte für die einzelnen hydraulischen Zylinder.
  12. Haspeldom nach einem der Ansprüche 7-11,
    gekennzeichnet durch
    eine Medienzuführung (122) zum Versorgen der einzelnen Zylinder bzw. Ausbalancierungszylinder (121) mit dem notwendigen Medium
  13. Haspeldom nach Anspruch 7-11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Medienzuführung (122) den Haspeldorn (100) mit einem Medium versorgt, bei dem es sich zumindest um Wasser handelt, zum gleichzeitigen Kühlen und Reinigen der Teile des Haspeldoms (100).
  14. Haspeldorn nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Medienzuführung (122) auch Schmierstellen mit Schmierstoff sowie ein Drehübertrager (123) die Messeinrichtungen mit Strom und/oder mit Spannung versorgt.
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